JP2014139974A - Power mosfet manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、半導体集積回路装置(または半導体装置)の製造方法に関し、たとえば、パワー系半導体装置の製造プロセスに適用することができるものである。 The present application relates to a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device (or a semiconductor device), and can be applied to, for example, a manufacturing process of a power semiconductor device.
日本特開2010−118536号公報(特許文献1)は、パワー系半導体装置の製造プロセスにおけるスーパジャンクション形成用埋め込みエピタキシャル成長等に関するものである。そこには、第1の例に於いては、セル領域の全トレンチ間表面およびターゲット(Target)の周囲のシリコン基板の表面上に、酸化シリコン膜から構成されたキャップ膜を形成しておき、その状態で、埋め込みエピタキシャル成長を実行した後、CMP(Chemical Mechanical Polishing)を行う技術が開示されている。なお、この例では、ターゲットの周辺のキャップ膜を残すために、CMPによって、オーバエピタキシャル層の一部のみを除去し、その後、Siに対するドライエッチバックを実行することで、残りのオーバエピタキシャル層を除去している。一方、第2の例に於いては、酸化シリコン膜をマスクとして、トレンチを形成した後、ターゲットの周辺のリセス部に酸化シリコン膜から構成されたキャップ膜を残し、その状態で、埋め込みエピタキシャル成長を実行した後、CMPを行うことにより、オーバエピタキシャル層の全部を除去する技術が開示されている。 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2010-118536 (Patent Document 1) relates to a buried epitaxial growth for forming a super junction in a manufacturing process of a power semiconductor device. In the first example, a cap film made of a silicon oxide film is formed on the surface of all the trenches in the cell region and on the surface of the silicon substrate around the target (Target). In this state, a technique of performing CMP (Chemical Mechanical Polishing) after performing buried epitaxial growth is disclosed. In this example, in order to leave the cap film around the target, only a part of the over-epitaxial layer is removed by CMP, and then dry etch-back for Si is performed to remove the remaining over-epitaxial layer. It has been removed. On the other hand, in the second example, after forming a trench using the silicon oxide film as a mask, a cap film composed of the silicon oxide film is left in the recess portion around the target, and in this state, buried epitaxial growth is performed. A technique for removing all of the overepitaxial layer by performing CMP after execution is disclosed.
日本特開2011−249634号公報(特許文献2)は、パワー系半導体装置の製造プロセスにおけるスーパジャンクション形成用埋め込みエピタキシャル成長等に関するものである。そこには、スーパジャンクション形成用トレンチを形成し、酸化シリコン膜等のトレンチ加工用ハードマスク膜を全部残した状態で、埋め込みエピタキシャル成長を実行し、その後、表面の平坦化を行う技術が開示されている。ここで、表面の平坦化は、最初にトレンチ加工用ハードマスク膜をストッパとして、第1のCMP処理を実行した後、ウエットエッチング等により、ハードマスク膜を除去し、更にその後に、第2のCMP処理を実行するものである。 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2011-249634 (Patent Document 2) relates to buried epitaxial growth for forming a super junction in a manufacturing process of a power semiconductor device. There is disclosed a technique in which a trench for forming a super junction is formed, embedded epitaxial growth is performed in a state where all trench processing hard mask films such as a silicon oxide film are left, and then the surface is planarized. Yes. Here, the planarization of the surface is performed by first performing the first CMP process using the trench processing hard mask film as a stopper, then removing the hard mask film by wet etching or the like, and then performing the second CMP process. A CMP process is executed.
日本特開2009−224606号公報(特許文献3)は、パワー系半導体装置の製造プロセスにおけるスーパジャンクション形成用埋め込みエピタキシャル成長等に関するものである。そこには、スーパジャンクション形成用トレンチを形成し、そのトレンチ加工用ハードマスク膜を全部除去した状態で、埋め込みエピタキシャル成長を実行した後、CMPを行う技術が開示されている。 Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2009-224606 (Patent Document 3) relates to buried epitaxial growth for forming a super junction in a manufacturing process of a power semiconductor device. There is disclosed a technique of performing CMP after performing buried epitaxial growth in a state in which a trench for forming a super junction is formed and the trench processing hard mask film is completely removed.
埋め込みエピタキシャル成長には、基本的に、トレンチ加工用ハードマスクをほぼ全部残したままで、埋め込みエピタキシャル成長を実行する方法(「全面マスク残存方式」と呼ぶ)、トレンチ加工用ハードマスクをほぼ全部除去した状態で、埋め込みエピタキシャル成長を実行する方法(「全面マスク除去方式」と呼ぶ)および、これらの単純組み合わせ方式がある。 For buried epitaxial growth, basically, a method of executing buried epitaxial growth while leaving almost all of the trench processing hard mask (referred to as “full-surface mask remaining method”), and a state where almost all of the trench processing hard mask is removed. There are a method of executing buried epitaxial growth (referred to as “entire mask removal method”) and a simple combination of these methods.
これらに関して、本願発明者等の検討により、以下のようなことが明らかになった。すなわち、全面マスク残存方式は、ウエハ内における埋め込みエピタキシャル成長の速度ばらつきが大きい場合にも、トレンチ加工用ハードマスクを研磨ストッパとして、研磨により、この厚さばらつきを吸収することができる。反面、埋め込みエピタキシャル成長のオーバグロス(Overgrowth)層の厚さが大きくなると、トレンチ加工用ハードマスクとシリコン基板の熱膨張係数の差異により、表面近傍に結晶欠陥を生ずる。また、この結晶欠陥の深さは、オーバグロス層の厚さに比例して深くなる。 With regard to these, the following has been clarified by the study of the present inventors. That is, the full-surface mask remaining method can absorb the thickness variation by polishing using the trench processing hard mask as a polishing stopper even when the variation of the buried epitaxial growth rate in the wafer is large. On the other hand, when the thickness of the overgrown epitaxial growth layer is increased, crystal defects are generated near the surface due to the difference in thermal expansion coefficient between the trench processing hard mask and the silicon substrate. Further, the depth of the crystal defect becomes deeper in proportion to the thickness of the overgloss layer.
一方、全面マスク除去方式は、このような結晶欠陥は、原理的に発生しないが、埋め込みエピタキシャル成長で生じたウエハ面内の厚さばらつきを研磨により解消することが困難である。 On the other hand, in the whole surface mask removal method, such crystal defects do not occur in principle, but it is difficult to eliminate the thickness variation in the wafer surface caused by the buried epitaxial growth by polishing.
更に、単純組み合わせ方式としては、たとえば、スクライブ領域にのみトレンチ加工用ハードマスクを残した状態で、埋め込みエピタキシャル成長を実行した後、トレンチ加工用ハードマスクをストッパとして研磨により1次平坦化し、更に、ドライエッチバックにより、2次平坦化する方法がある。しかし、この方法は、2次平坦化が、ドライエッチバックによるため、平坦化が十分に行えない等の問題がある。 Furthermore, as a simple combination method, for example, after performing buried epitaxial growth with the trench processing hard mask remaining only in the scribe region, the planarization is first planarized by polishing using the trench processing hard mask as a stopper, and then dry. There is a method of performing secondary planarization by etch back. However, this method has a problem in that the flattening cannot be sufficiently performed because the secondary flattening is performed by dry etching back.
また、他の単純組み合わせ方式としては、たとえば、スクライブ領域のリセス部にのみトレンチ加工用ハードマスクを残した状態で、埋め込みエピタキシャル成長を実行した後、トレンチ加工用ハードマスクをストッパとして研磨により、直接的に平坦化する方法がある。しかし、この方法は、スクライブ領域に、比較的大面積のリセス部を形成する等のプロセスを必要とする問題がある。 Further, as another simple combination method, for example, after performing the buried epitaxial growth with the trench processing hard mask remaining only in the recess portion of the scribe region, the trench processing hard mask is used as a stopper to polish directly. There is a method of flattening. However, this method has a problem of requiring a process such as forming a relatively large recess in the scribe region.
このような課題を解決するための手段等を以下に説明するが、その他の課題と新規な特徴は本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。 Means for solving such problems will be described below, but other problems and novel features will become apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.
本願において開示される実施の形態のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば下記の通りである。 An outline of representative ones of the embodiments disclosed in the present application will be briefly described as follows.
すなわち、本願の一実施の形態の概要は、パワーMOSFETの製造方法において、スクライブ領域のハードマスク残存領域にトレンチ加工用ハードマスク膜がある状態で、埋め込みエピタキシャル成長を実行した後、ハードマスク膜をストッパとして1次研磨し、その後、ハードマスク膜を除去した状態で、2次研磨を実行するものである。 That is, the outline of an embodiment of the present application is that, in a power MOSFET manufacturing method, after performing buried epitaxial growth in a state where a hard mask film for trench processing is present in a hard mask remaining region of a scribe region, the hard mask film is stopped as a stopper. As a result, the secondary polishing is performed with the hard mask film removed.
本願において開示される実施の形態のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば下記のとおりである。 The effects obtained by the representative ones of the embodiments disclosed in the present application will be briefly described as follows.
すなわち、前記本願の一実施の形態によれば、プロセスを複雑にすることなく、平坦性を確保しつつ、セル領域における結晶欠陥の発生を低減することができる。 That is, according to one embodiment of the present application, it is possible to reduce the occurrence of crystal defects in the cell region while ensuring flatness without complicating the process.
〔実施の形態の概要〕
先ず、本願において開示される発明の代表的な実施の形態について概要を説明する。
[Outline of Embodiment]
First, an outline of a typical embodiment of the invention disclosed in the present application will be described.
1.以下の工程を含むパワーMOSFETの製造方法:
(a)第1の主面側に第1導電型の基板上エピタキシ層を有し、第2の主面側に前記第1導電型の基板層を有する半導体ウエハを準備する工程;
(b)前記半導体ウエハの前記第1の主面上に、ハードマスク膜を成膜する工程;
(c)前記ハードマスク膜をパターニングする工程;
(d)パターニングされた前記ハードマスク膜をマスクとして、前記半導体ウエハの前記第1の主面に、多数のトレンチを形成する工程;
(e)前記工程(d)の後、前記第1の主面上に、格子状に配置された多数のチップ領域の各々に隣接するスクライブ領域のハードマスク膜残留領域に、前記ハードマスク膜をCMPストップ膜として残すように、前記ハードマスク膜を除去する工程;
(f)前記CMPストップ膜が前記スクライブ領域にある状態で、前記半導体ウエハの前記第1の主面に対して、埋め込みエピタキシャル成長により、前記第1導電型と反対導電型の第2導電型を有する埋め込みエピタキシ層を堆積する工程;
(g)前記工程(f)の後、前記CMPストップ膜をCMPのストッパとして、前記半導体ウエハの前記第1の主面に対して、第1のCMP処理を実行する工程;
(h)前記工程(g)の後、前記CMPストップ膜を除去する工程;
(i)前記工程(h)の後、前記半導体ウエハの前記第1の主面に対して、第2のCMP処理を実行する工程。
1. A power MOSFET manufacturing method including the following steps:
(A) preparing a semiconductor wafer having an on-substrate epitaxial layer on the first main surface side and having the first conductivity type substrate layer on the second main surface side;
(B) forming a hard mask film on the first main surface of the semiconductor wafer;
(C) patterning the hard mask film;
(D) forming a plurality of trenches in the first main surface of the semiconductor wafer using the patterned hard mask film as a mask;
(E) After the step (d), the hard mask film is formed on the hard mask film remaining area of the scribe area adjacent to each of a large number of chip areas arranged in a lattice pattern on the first main surface. Removing the hard mask film so as to remain as a CMP stop film;
(F) With the CMP stop film in the scribe region, the first main surface of the semiconductor wafer has a second conductivity type opposite to the first conductivity type by buried epitaxial growth. Depositing a buried epitaxy layer;
(G) After the step (f), performing a first CMP process on the first main surface of the semiconductor wafer using the CMP stop film as a CMP stopper;
(H) a step of removing the CMP stop film after the step (g);
(I) A step of performing a second CMP process on the first main surface of the semiconductor wafer after the step (h).
2.前記項1に記載のパワーMOSFETの製造方法において、前記工程(b)は、以下の下位工程を含む:
(b1)前記半導体ウエハの前記第1の主面上に、第1の絶縁膜を成膜する工程;
(b2)前記第1の絶縁膜を前記ハードマスク膜残留領域に残留絶縁膜として残すように、前記第1の絶縁膜を除去する工程;
(b3)前記下位工程(b2)の後、前記半導体ウエハの前記第1の主面上に、前記残留絶縁膜とともに前記ハードマスク膜を構成する第2の絶縁膜を成膜する工程。
2. In the method of manufacturing a power MOSFET according to
(B1) forming a first insulating film on the first main surface of the semiconductor wafer;
(B2) removing the first insulating film so as to leave the first insulating film as a residual insulating film in the hard mask film residual region;
(B3) After the substep (b2), forming a second insulating film that forms the hard mask film together with the residual insulating film on the first main surface of the semiconductor wafer.
3.前記項1または2に記載のパワーMOSFETの製造方法において、前記ハードマスク膜残留領域は、アライメントマーク領域を含む。
3. 3. In the method for manufacturing a power MOSFET according to
4.前記項2または3に記載のパワーMOSFETの製造方法において、前記第1の絶縁膜は、窒化シリコン系絶縁膜であり、前記第2の絶縁膜は、酸化シリコン系絶縁膜である。
4). 4. The method for manufacturing a power MOSFET according to
5.前記項1から4のいずれか一つに記載のパワーMOSFETの製造方法において、前記第2のCMP処理の研摩量は、前記第1のCMP処理の研摩量よりも少ない。
5. 5. In the method of manufacturing a power MOSFET according to any one of
6.前記項1から5のいずれか一つに記載のパワーMOSFETの製造方法において、前記第2のCMP処理では、前記基板上エピタキシ層と前記埋め込みエピタキシ層の両方を研摩する。
6). 6. In the method for manufacturing a power MOSFET according to any one of
7.以下の工程を含むパワーMOSFETの製造方法:
(a)第1の主面側に第1導電型の基板上エピタキシ層を有し、第2の主面側に前記第1導電型の基板層を有する半導体ウエハを準備する工程;
(b)前記半導体ウエハの前記第1の主面上に、ハードマスク膜を成膜する工程;
(c)前記ハードマスク膜をパターニングする工程;
(d)パターニングされた前記ハードマスク膜をマスクとして、前記半導体ウエハの前記第1の主面に、多数のトレンチを形成する工程;
(e)前記工程(d)の後、前記第1の主面上に、格子状に配置された多数のチップ領域の各々の内部の第1のハードマスク膜残留領域および、これらのチップ領域の各々に隣接するスクライブ領域の第2のハードマスク膜残留領域に、前記ハードマスク膜をCMPストップ膜として残すように、前記ハードマスク膜を除去する工程;
(f)前記CMPストップ膜が各チップ領域および前記スクライブ領域にある状態で、前記半導体ウエハの前記第1の主面に対して、埋め込みエピタキシャル成長により、前記第1導電型と反対導電型の第2導電型を有する埋め込みエピタキシ層を堆積する工程;
(g)前記工程(f)の後、前記CMPストップ膜をCMPのストッパとして、前記半導体ウエハの前記第1の主面に対して、第1のCMP処理を実行する工程;
(h)前記工程(g)の後、前記CMPストップ膜を除去する工程;
(i)前記工程(h)の後、前記半導体ウエハの前記第1の主面に対して、第2のCMP処理を実行する工程。
7). A power MOSFET manufacturing method including the following steps:
(A) preparing a semiconductor wafer having an on-substrate epitaxial layer on the first main surface side and having the first conductivity type substrate layer on the second main surface side;
(B) forming a hard mask film on the first main surface of the semiconductor wafer;
(C) patterning the hard mask film;
(D) forming a plurality of trenches in the first main surface of the semiconductor wafer using the patterned hard mask film as a mask;
(E) After the step (d), on the first main surface, a first hard mask film residual region inside each of a large number of chip regions arranged in a lattice pattern, and the chip regions Removing the hard mask film so as to leave the hard mask film as a CMP stop film in a second hard mask film remaining region of each scribe region adjacent to each other;
(F) In a state where the CMP stop film is in each chip region and the scribe region, a second conductivity type opposite to the first conductivity type is formed by buried epitaxial growth on the first main surface of the semiconductor wafer. Depositing a buried epitaxy layer having a conductivity type;
(G) After the step (f), performing a first CMP process on the first main surface of the semiconductor wafer using the CMP stop film as a CMP stopper;
(H) a step of removing the CMP stop film after the step (g);
(I) A step of performing a second CMP process on the first main surface of the semiconductor wafer after the step (h).
8.前記項7に記載のパワーMOSFETの製造方法において、前記第1のハードマスク膜残留領域は、各チップ領域内のセル領域にも設けられている。
8). In the power MOSFET manufacturing method according to the
9.前記項7または8に記載のパワーMOSFETの製造方法において、前記工程(b)は、以下の下位工程を含む:
(b1)前記半導体ウエハの前記第1の主面上に、第1の絶縁膜を成膜する工程;
(b2)前記第1の絶縁膜を前記第1のハードマスク膜残留領域および前記第2のハードマスク膜残留領域に残留絶縁膜として残すように、前記第1の絶縁膜を除去する工程;
(b3)前記下位工程(b2)の後、前記半導体ウエハの前記第1の主面上に、前記残留絶縁膜とともに前記ハードマスク膜を構成する第2の絶縁膜を成膜する工程。
9.
(B1) forming a first insulating film on the first main surface of the semiconductor wafer;
(B2) removing the first insulating film so as to leave the first insulating film as a residual insulating film in the first hard mask film residual region and the second hard mask film residual region;
(B3) After the substep (b2), forming a second insulating film that forms the hard mask film together with the residual insulating film on the first main surface of the semiconductor wafer.
10.前記項7から9のいずれか一つに記載のパワーMOSFETの製造方法において、前記第2のハードマスク膜残留領域は、アライメントマーク領域を含む。
10. 10. The method for manufacturing a power MOSFET according to any one of
11.前記項9または10に記載のパワーMOSFETの製造方法において、前記第1の絶縁膜は、窒化シリコン系絶縁膜であり、前記第2の絶縁膜は、酸化シリコン系絶縁膜である。
11. In the method for manufacturing a power MOSFET according to
12.前記項7から11のいずれか一つに記載のパワーMOSFETの製造方法において、前記第2のCMP処理の研摩量は、前記第1のCMP処理の研摩量よりも少ない。
12 12. In the method of manufacturing a power MOSFET according to any one of
13.前記項8から12のいずれか一つに記載のパワーMOSFETの製造方法において、前記第1のハードマスク膜残留領域は、前記セル領域内に於いて、ストライブ状を呈する。
13. 13. The method for manufacturing a power MOSFET according to any one of
14.前記項8から12のいずれか一つに記載のパワーMOSFETの製造方法において、前記第1のハードマスク膜残留領域は、前記セル領域内に於いて、アイランド状を呈する。
14 13. The method for manufacturing a power MOSFET according to any one of
15.前記項13に記載のパワーMOSFETの製造方法において、前記ストライブ状の前記第1のハードマスク膜残留領域の間隔は、10マイクロメートルから100マイクロメートル程度である。
15. 14. In the method of manufacturing a power MOSFET according to
16.前記項14に記載のパワーMOSFETの製造方法において、前記アイランド状の前記第1のハードマスク膜残留領域の間隔は、10マイクロメートルから100マイクロメートル程度である。
16. 15. In the method for manufacturing a power MOSFET according to
17.以下の工程を含むパワーMOSFETの製造方法:
(a)第1の主面側に第1導電型の基板上エピタキシ層を有し、前記第1導電型と反対導電型の第2導電型の基板層を、第2の主面側に有する半導体ウエハを準備する工程;
(b)前記半導体ウエハの前記第1の主面上に、ハードマスク膜を成膜する工程;
(c)前記ハードマスク膜をパターニングする工程;
(d)パターニングされた前記ハードマスク膜をマスクとして、前記半導体ウエハの前記第1の主面に、複数のトレンチを形成する工程;
(e)前記工程(d)の後、前記第1の主面上に、格子状に配置された複数のチップ領域の各々に隣接するスクライブ領域のハードマスク膜残留領域に、前記ハードマスク膜をCMPストップ膜として残すように、前記ハードマスク膜を除去する工程;
(f)前記CMPストップ膜が前記スクライブ領域にある状態で、前記半導体ウエハの前記第1の主面に対して、埋め込みエピタキシャル成長により、前記第2導電型を有する埋め込みエピタキシ層を堆積する工程;
(g)前記工程(f)の後、前記CMPストップ膜をCMPのストッパとして、前記半導体ウエハの前記第1の主面に対して、第1のCMP処理を実行する工程;
(h)前記工程(g)の後、前記CMPストップ膜を除去する工程;
(i)前記工程(h)の後、前記半導体ウエハの前記第1の主面に対して、第2のCMP処理を実行する工程。
17. A power MOSFET manufacturing method including the following steps:
(A) having a first conductivity type on-substrate epitaxy layer on the first main surface side and having a second conductivity type substrate layer opposite to the first conductivity type on the second main surface side; Preparing a semiconductor wafer;
(B) forming a hard mask film on the first main surface of the semiconductor wafer;
(C) patterning the hard mask film;
(D) forming a plurality of trenches in the first main surface of the semiconductor wafer using the patterned hard mask film as a mask;
(E) After the step (d), the hard mask film is formed on the hard mask film remaining area of the scribe area adjacent to each of the plurality of chip areas arranged in a lattice pattern on the first main surface. Removing the hard mask film so as to remain as a CMP stop film;
(F) depositing a buried epitaxy layer having the second conductivity type by buried epitaxial growth on the first main surface of the semiconductor wafer in a state where the CMP stop film is in the scribe region;
(G) After the step (f), performing a first CMP process on the first main surface of the semiconductor wafer using the CMP stop film as a CMP stopper;
(H) a step of removing the CMP stop film after the step (g);
(I) A step of performing a second CMP process on the first main surface of the semiconductor wafer after the step (h).
18.前記項17に記載のパワーMOSFETの製造方法において、前記工程(b)は、以下の下位工程を含む:
(b1)前記半導体ウエハの前記第1の主面上に、第1の絶縁膜を成膜する工程;
(b2)前記第1の絶縁膜を前記ハードマスク膜残留領域に残留絶縁膜として残すように、前記第1の絶縁膜を除去する工程;
(b3)前記下位工程(b2)の後、前記半導体ウエハの前記第1の主面上に、前記残留絶縁膜とともに前記ハードマスク膜を構成する第2の絶縁膜を成膜する工程。
18.
(B1) forming a first insulating film on the first main surface of the semiconductor wafer;
(B2) removing the first insulating film so as to leave the first insulating film as a residual insulating film in the hard mask film residual region;
(B3) After the substep (b2), forming a second insulating film that forms the hard mask film together with the residual insulating film on the first main surface of the semiconductor wafer.
19.前記項17または18に記載のパワーMOSFETの製造方法において、前記ハードマスク膜残留領域は、アライメントマーク領域を含む。
19. 19. In the method of manufacturing a power MOSFET according to
20.前記項18または19に記載のパワーMOSFETの製造方法において、前記第1の絶縁膜は、窒化シリコン系絶縁膜であり、前記第2の絶縁膜は、酸化シリコン系絶縁膜である。
20. 20. In the method for manufacturing a power MOSFET according to
〔本願における記載形式、基本的用語、用法の説明〕
1.本願において、実施の態様の記載は、必要に応じて、便宜上複数のセクションに分けて記載する場合もあるが、特にそうでない旨明示した場合を除き、これらは相互に独立別個のものではなく、単一の例の各部分、一方が他方の一部詳細または一部または全部の変形例等である。また、原則として、同様の部分は繰り返しを省略する。また、実施の態様における各構成要素は、特にそうでない旨明示した場合、理論的にその数に限定される場合および文脈から明らかにそうでない場合を除き、必須のものではない。
[Description format, basic terms, usage in this application]
1. In the present application, the description of the embodiment may be divided into a plurality of sections for convenience, if necessary, but these are not independent from each other unless otherwise specified. Each part of a single example, one part is the other part of the details, or part or all of the modifications. Moreover, as a general rule, the same part is not repeated. In addition, each component in the embodiment is not indispensable unless specifically stated otherwise, unless it is theoretically limited to the number, and obviously not in context.
更に、本願において、「半導体装置」というときは、主に、各種トランジスタ(能動素子)単体、またはそれらを中心に、抵抗、コンデンサ等を半導体チップ等(たとえば単結晶シリコン基板)上に集積したもの(それらのチップを一つ又は複数有するパッケージ体を含む)をいう。ここで、各種トランジスタの代表的なものとしては、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)に代表されるMISFET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)を例示することができる。本願では、パワー系半導体素子を対象とするが、「パワー系半導体素子」とは、主に、5ワット以上の電力を取り扱う各種半導体素子、たとえば、パワーMOSFET、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、パワーダイオード、これらのうち少なくとも一つを含む複合素子等を指す。 Further, in the present application, the term “semiconductor device” mainly refers to various transistors (active elements) alone, or a device in which resistors, capacitors, etc. are integrated on a semiconductor chip or the like (for example, a single crystal silicon substrate). (Including a package having one or more of these chips). Here, as a representative of various transistors, a MISFET (Metal Insulator Semiconductor Effect Transistor) typified by a MOSFET (Metal Oxide Field Effect Transistor) can be exemplified. In the present application, a power semiconductor element is targeted, but the “power semiconductor element” mainly means various semiconductor elements that handle power of 5 watts or more, such as a power MOSFET, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), and a power. It refers to a diode, a composite element including at least one of these, and the like.
パワーMOSFETは、横型パワーMOSFET(一般に「LDMOSFET」と呼ぶ)と縦型パワーMOSFET(一般に「Vertical MOSFET」と呼ぶ)に分類することができる。縦型パワーMOSFETは、更に、プレーナ(Planar)型とトレンチ(Trench)型に分類されるが、本願では、主に、プレーナ型を例に取り具体的に説明するが、トレンチ型にも同様に適用できることは言うまでもない。 Power MOSFETs can be classified into horizontal power MOSFETs (generally called “LDMOSFETs”) and vertical power MOSFETs (generally called “Vertical MOSFETs”). The vertical power MOSFET is further classified into a planar type and a trench type. In the present application, the planar type is mainly described as an example, but the same applies to the trench type as well. Needless to say, it can be applied.
2.同様に実施の態様等の記載において、材料、組成等について、「AからなるX」等といっても、特にそうでない旨明示した場合および文脈から明らかに、そうでない場合を除き、A以外の要素を主要な構成要素のひとつとするものを排除するものではない。たとえば、成分についていえば、「Aを主要な成分として含むX」等の意味である。たとえば、「シリコン部材」等といっても、純粋なシリコンに限定されるものではなく、SiGe合金やその他シリコンを主要な成分とする多元合金、その他の添加物等を含む部材も含むものであることはいうまでもない。 2. Similarly, in the description of the embodiment and the like, the material, composition, etc. may be referred to as “X consisting of A”, etc., except when clearly stated otherwise and clearly from the context, except for A It does not exclude what makes an element one of the main components. For example, as for the component, it means “X containing A as a main component”. For example, “silicon member” is not limited to pure silicon, but also includes SiGe alloys, other multi-component alloys containing silicon as a main component, and members containing other additives. Needless to say.
同様に、「酸化シリコン膜」、「酸化シリコン系絶縁膜」等と言っても、比較的純粋な非ドープ酸化シリコン(Undoped Silicon Dioxide)だけでなく、その他の酸化シリコンを主要な成分とする絶縁膜を含む。たとえば、TEOSベース酸化シリコン(TEOS−based silicon oxide)、PSG(Phosphorus Silicate Glass)、BPSG(Borophosphosilicate Glass)等の不純物をドープした酸化シリコン系絶縁膜も酸化シリコン膜である。また、熱酸化膜、CVD酸化膜のほか、SOG(Spin On Glass)、ナノクラスタリングシリカ(NSC:Nano−Clustering Silica)等の塗布系膜も酸化シリコン膜または酸化シリコン系絶縁膜である。そのほか、FSG(Fluorosilicate Glass)、SiOC(Silicon Oxicarbide)またはカーボンドープ酸化シリコン(Carbon−doped Silicon oxide)またはOSG(Organosilicate Glass)等のLow−k絶縁膜も同様に、酸化シリコン膜または酸化シリコン系絶縁膜である。更に、これらと同様な部材に空孔を導入したシリカ系Low−k絶縁膜(ポーラス系絶縁膜、「ポーラスまたは多孔質」というときは、分子性多孔質を含む)も酸化シリコン膜または酸化シリコン系絶縁膜である。 Similarly, “silicon oxide film”, “silicon oxide insulating film” and the like are not only relatively pure undoped silicon oxide but also other silicon oxide as main components. Including membrane. For example, a silicon oxide insulating film doped with impurities such as TEOS-based silicon oxide (TEOS-based silicon oxide), PSG (phosphorus silicon glass), BPSG (borophosphosilicate glass) is also a silicon oxide film. In addition to a thermal oxide film and a CVD oxide film, a coating system film such as SOG (Spin On Glass) or nano-clustering silica (NSC) is also a silicon oxide film or a silicon oxide insulating film. In addition, a low-k insulating film such as FSG (Fluorosilicate Glass), SiOC (Silicon Oxide silicide), carbon-doped silicon oxide (OSD), or OSG (Organosilicate Glass) is similarly used. It is a membrane. Further, a silica-based Low-k insulating film (porous insulating film, including “porous” or “porous”) including a hole in a member similar to these is also a silicon oxide film or silicon oxide. It is a system insulating film.
また、酸化シリコン系絶縁膜と並んで、半導体分野で常用されているシリコン系絶縁膜としては、窒化シリコン系絶縁膜がある。この系統の属する材料としては、SiN,SiCN,SiNH,SiCNH等がある。ここで、「窒化シリコン」というときは、特にそうでない旨明示したときを除き、SiNおよびSiNHの両方を含む。同様に、「SiCN」というときは、特にそうでない旨明示したときを除き、SiCNおよびSiCNHの両方を含む。 In addition to silicon oxide insulating films, silicon nitride insulating films that are commonly used in the semiconductor field include silicon nitride insulating films. Materials belonging to this system include SiN, SiCN, SiNH, SiCNH, and the like. Here, “silicon nitride” includes both SiN and SiNH unless otherwise specified. Similarly, “SiCN” includes both SiCN and SiCNH, unless otherwise specified.
3.「ウエハ」というときは、通常は半導体集積回路装置(半導体装置、電子装置も同じ)をその上に形成する単結晶シリコンウエハを指すが、エピタキシャルウエハ、SOI基板、LCDガラス基板等の絶縁基板と半導体層等の複合ウエハ等も含むことは言うまでもない。 3. “Wafer” usually refers to a single crystal silicon wafer on which a semiconductor integrated circuit device (same as a semiconductor device and an electronic device) is formed, but an insulating substrate such as an epitaxial wafer, an SOI substrate, an LCD glass substrate and the like. Needless to say, a composite wafer such as a semiconductor layer is also included.
4.図形、位置、属性等に関して、好適な例示をするが、特にそうでない旨明示した場合および文脈から明らかにそうでない場合を除き、厳密にそれに限定されるものではないことは言うまでもない。従って、たとえば、「正方形」とは、ほぼ正方形を含み、「直交」とは、ほぼ直交する場合を含み、「一致」とは、ほぼ一致する場合を含む。このことは、「平行」、「直角」についても同じである。従って、たとえば、完全な平行からの10度程度のずれは、平行に属する。 4). The figure, position, attribute, and the like are preferably illustrated, but it is needless to say that the present invention is not strictly limited to this unless it is clearly indicated otherwise and the context clearly does not. Therefore, for example, “square” includes a substantially square, “orthogonal” includes a case where the two are substantially orthogonal, and “match” includes a case where the two substantially match. The same applies to “parallel” and “right angle”. Therefore, for example, a deviation of about 10 degrees from perfect parallel belongs to parallel.
また、ある領域について、「全体」、「全般」、「全域」等というときは、「ほぼ全体」、「ほぼ全般」、「ほぼ全域」等の場合を含む。従って、たとえば、ある領域の80%以上は、「全体」、「全般」、「全域」ということができる。このことは、「全周」、「全長」等についても同じである。 In addition, for a certain region, “whole”, “whole”, “whole area”, and the like include cases of “substantially whole”, “substantially general”, “substantially whole area”, and the like. Therefore, for example, 80% or more of a certain area can be referred to as “whole”, “whole”, and “whole area”. The same applies to “all circumferences”, “full lengths”, and the like.
更に、有るものの形状について、「矩形」というときは、「ほぼ矩形」を含む。従って、たとえば、矩形と異なる部分の面積が、全体の20%程度未満であれば、矩形ということができる。この場合に於いて、このことは、「環状」等についても同じである。この場合に於いて、環状体が、分断されている場合は、その分断された要素部分を内挿または外挿した部分が環状体の一部である。 Further, regarding the shape of a certain object, “rectangular” includes “substantially rectangular”. Therefore, for example, if the area of the portion different from the rectangle is less than about 20% of the whole, it can be said to be a rectangle. In this case, the same applies to “annular” and the like. In this case, when the annular body is divided, a portion obtained by interpolating or extrapolating the divided element portion is a part of the annular body.
また、周期性についても、「周期的」は、ほぼ周期的を含み、個々の要素について、たとえば、周期のずれが20%未満程度であれば、個々の要素は「周期的」ということができる。更に、この範囲から外れるものが、その周期性の対象となる全要素のたとえば20%未満程度であれば、全体として「周期的」ということができる。 Also, with regard to periodicity, “periodic” includes almost periodic, and for each element, for example, if the deviation of the period is less than about 20%, each element can be said to be “periodic”. . Furthermore, if what is out of this range is, for example, less than about 20% of all the elements to be periodic, it can be said to be “periodic” as a whole.
なお、本節の定義は、一般的なものであり、以下の個別の記載で異なる定義があるときは、ここの部分については、個別の記載を優先する。ただし、当該個別の記載部分に規定等されていない部分については、明確に否定されていない限り、本節の定義、規定等がなお有効である。 Note that the definitions in this section are general, and when there are different definitions in the following individual descriptions, priority is given to the individual descriptions for this part. However, the definition, provisions, etc. of this section are still valid for parts that are not stipulated in the individual description part, unless explicitly denied.
5.さらに、特定の数値、数量に言及したときも、特にそうでない旨明示した場合、理論的にその数に限定される場合および文脈から明らかにそうでない場合を除き、その特定の数値を超える数値であってもよいし、その特定の数値未満の数値でもよい。 5. In addition, when a specific number or quantity is mentioned, a numerical value exceeding that specific number will be used unless specifically stated otherwise, unless theoretically limited to that number, or unless otherwise clearly indicated by the context. There may be a numerical value less than the specific numerical value.
6.一般にスーパジャンクション構造は、ある導電型の半導体領域に反対導電型の柱状又は板状のカラム領域をチャージバランスが保たれるように、ほぼ等間隔に挿入したものである。本願において、トレンチフィル方式による「スーパジャンクション構造」に言及するときは、原則として、ある導電型の半導体領域に反対導電型の板状(通常は、平板状であるが屈曲又は屈折していてもよい)の「カラム領域」をチャージバランスが保たれるように、ほぼ等間隔に挿入したものである。実施の形態では、N型半導体層(たとえばドリフト領域)にP型カラム領域を平行に等間隔を置いて形成されたものについて説明する。 6). In general, a super junction structure is formed by inserting columnar or plate-like column regions of opposite conductivity type into a semiconductor region of a certain conductivity type at approximately equal intervals so that charge balance is maintained. In this application, when referring to the “super junction structure” by the trench fill method, in principle, a plate region of an opposite conductivity type is formed in a semiconductor region of a certain conductivity type (usually a plate shape, although it is bent or refracted). The “column area” of (good) is inserted at approximately equal intervals so that the charge balance is maintained. In the embodiment, a description will be given of a P-type column region formed in parallel at equal intervals on an N-type semiconductor layer (for example, a drift region).
このスーパジャンクション構造を導入する方式は、大まかに言って3種類の方式、すなわち、マルチエピタキシャル方式、トレンチ絶縁膜埋め込み方式、および、トレンチフィル方式(埋め込みエピタキシャル方式、トレンチフィリング方式、オートフィル方式またはトレンチエピタキシャル埋め込み方式)がある。これらのうち、エピタキシャル成長とイオン注入を多数回繰り返すマルチエピタキシャル方式はプロセスおよび設計の自由度が高い分、工程が複雑になるため高コストである。トレンチ絶縁膜埋め込み方式は、トレンチに斜めイオン注入した後、トレンチをCVD(Chemical Vapor Deposition)絶縁膜で埋め込むものであり、プロセス的にはより単純であるが、トレンチの面積分だけソースドレイン間のオン抵抗(Ron)に関して面積的に不利となる。これらに対して、トレンチフィル方式は埋め込みエピタキシャル成長の成長条件の制約のためにプロセスおよび設計の自由度が比較的低いが、工程が単純であるというメリットがある。 There are roughly three types of methods for introducing this super junction structure: multi-epitaxial method, trench insulating film embedding method, and trench fill method (buried epitaxial method, trench filling method, autofill method or trench epitaxial method). Embedding method). Among these, the multi-epitaxial method in which epitaxial growth and ion implantation are repeated many times is expensive because the process is complicated due to the high degree of freedom of process and design. The trench insulating film embedding method is such that after oblique ion implantation into the trench, the trench is embedded with a CVD (Chemical Vapor Deposition) insulating film, which is simpler in terms of process, but between the source and drain by the area of the trench. It is disadvantageous in terms of area regarding on-resistance (Ron). In contrast, the trench fill method has a relatively low degree of freedom in process and design due to restrictions on the growth conditions of buried epitaxial growth, but has an advantage that the process is simple.
スーパジャンクション構造について、「配向」とは、そのスーパジャンクション構造を構成するP型カラムまたはN型カラムをチップの主面に対応して二次元的に見た場合(チップまたはウエハの主面に平行な面において)の長手方向を指す。 With respect to the super junction structure, “orientation” means that the P-type column or N-type column constituting the super junction structure is viewed two-dimensionally corresponding to the main surface of the chip (parallel to the main surface of the chip or wafer). The longitudinal direction).
なお、スーパジャンクション構造は、パワーMOSFETのみでなく、パワー系半導体デバイス全般(たとえば、パワーダイオード)のドリフト領域(あるいは、これに対応する領域または主要電流通路)に、ほぼそのまま、又は、必要な変更をして、適用することができる。 Note that the super junction structure is not limited to the power MOSFET, but is almost as it is or necessary change in the drift region (or the corresponding region or main current path) of all power semiconductor devices (for example, power diodes). And can be applied.
本願においては、パワーMOSFET等のパワー系半導体装置がオン状態のとき電流通路となるエピタキシ層部分のみでなく、パワー系半導体装置がオフ状態のときに、逆方向耐圧を保持することに寄与する周辺のエピタキシ層部分(P型カラム領域およびN型カラム領域を含めて)を含めて、ドリフト領域と呼ぶ。 In the present application, not only the epitaxial layer portion that becomes a current path when a power semiconductor device such as a power MOSFET is in an on state, but also a periphery that contributes to maintaining a reverse breakdown voltage when the power semiconductor device is in an off state. The epitaxial layer portion (including the P-type column region and the N-type column region) is referred to as a drift region.
7.本願において、結晶面について、たとえば(100)などと表示するときは、これに等価な結晶面を含むものとする。また、同様に、結晶方位について、〈100〉、〈110〉などと表示するときは、これに等価な結晶方位を含むものとする。 7). In the present application, when a crystal plane is displayed as, for example, (100), the equivalent crystal plane is included. Similarly, when the crystal orientation is displayed as <100>, <110>, etc., it shall include the equivalent crystal orientation.
7.本願に於いて、「基板上エピタキシ層」とは、比較的平坦な基板上にエピタキシャル成長によって形成された層を言う。一方、「埋め込みエピタキシ層」とは、平均的な溝幅よりも深さの方が深いような比較的凹凸の激しい面上にエピタキシャル成長させることによって、凹部を埋め込むことを言う。 7). In the present application, the “epitaxy layer on the substrate” refers to a layer formed by epitaxial growth on a relatively flat substrate. On the other hand, the “embedded epitaxy layer” refers to embedding a recess by epitaxial growth on a surface with relatively ruggedness that is deeper than the average groove width.
また、「チップ領域」とは、ウエハのうち、個々のチップに分離したときに、チップとなるべき領域をいう。これに対して、「スクライブ領域」とは、ダイシング等により、除去される部分を言う。 Further, the “chip area” refers to an area to be a chip when the wafer is separated into individual chips. On the other hand, the “scribe region” refers to a portion that is removed by dicing or the like.
更に、「ハードマスク膜」とは、レジスト膜と同時にマスクとして使用しないレジスト膜以外の耐エッチングマスク膜である。なお、「ハードマスク膜残留領域」とは、トレンチ形成後にトレンチ形成用ハードマスク膜を一部除去した後に、ハードマスク膜が残留する領域を言う。一方、「ハードマスク除去領域」とは、トレンチ形成後にトレンチ形成用ハードマスク膜を一部除去する際に、ハードマスク膜を除去すべき部分である。 Further, the “hard mask film” is an etching resistant mask film other than a resist film that is not used as a mask simultaneously with the resist film. The “hard mask film remaining region” refers to a region where the hard mask film remains after the trench forming hard mask film is partially removed after the trench is formed. On the other hand, the “hard mask removal region” is a portion where the hard mask film should be removed when part of the trench forming hard mask film is removed after the trench formation.
〔実施の形態の詳細〕
実施の形態について更に詳述する。各図中において、同一または同様の部分は同一または類似の記号または参照番号で示し、説明は原則として繰り返さない。
[Details of the embodiment]
The embodiment will be further described in detail. In the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar symbols or reference numerals, and description thereof will not be repeated in principle.
また、添付図面においては、却って、煩雑になる場合または空隙との区別が明確である場合には、断面であってもハッチング等を省略する場合がある。これに関連して、説明等から明らかである場合等には、平面的に閉じた孔であっても、背景の輪郭線を省略する場合がある。更に、断面でなくとも、空隙でないことを明示するために、ハッチングを付すことがある。 In the accompanying drawings, hatching or the like may be omitted even in a cross section when it becomes complicated or when the distinction from the gap is clear. In relation to this, when it is clear from the description etc., the contour line of the background may be omitted even if the hole is planarly closed. Furthermore, even if it is not a cross section, it may be hatched to clearly indicate that it is not a void.
なお、スーパジャンクション構造等を利用したパワーMOSFETについて開示した先行特許出願としては、たとえば日本特開第2011−108906号、日本特開第2011−146429号、日本特開第2011−216587号、日本特願第2012−13030号(日本出願日2012年1月25日)、日本特願第2013−384号(日本出願日2013年1月7日)等がある。 In addition, as a prior patent application disclosing the power MOSFET using the super junction structure or the like, for example, Japanese Unexamined Patent Publication No. 2011-108906, Japanese Unexamined Patent Publication No. 2011-146429, Japanese Unexamined Patent Publication No. 2011-216687, Japanese Special Application No. 2012-13030 (Japan filing date January 25, 2012), Japanese Patent Application No. 2013-384 (Japan filing date January 7, 2013), and the like.
1.本願の一実施の形態のパワーMOSFET(セル周辺SJ終端型)の製造方法における製造工程およびデバイス完成時のウエハ、チップ領域、その内外の各部の相互関係等の説明(主に図1から図5)
この例では、シリコン系半導体基板に作られたプレーナ型パワーMOSFETであって、ソースドレイン耐圧600ボルト程度のものに例をとり具体的に説明する(プレーナ型パワーMOSFETについては、以下のセクションでも同じ)が、その他の耐圧値を有するパワーMOSFETその他のデバイスにも適用できることは言うまでもない。
1. Description of manufacturing steps in a method of manufacturing a power MOSFET (cell peripheral SJ termination type) according to an embodiment of the present application, and a wafer, a chip region at the time of device completion, a mutual relationship between internal and external parts (mainly FIGS. 1 to 5) )
In this example, a planar power MOSFET manufactured on a silicon-based semiconductor substrate and having a source-drain breakdown voltage of about 600 volts will be described in detail. (The planar power MOSFET is the same in the following sections. However, it is needless to say that it can also be applied to power MOSFETs and other devices having other breakdown voltage values.
ここで説明するチップのサイズは、3ミリ角から10ミリ角程度を中心に説明するが、サイズ事態は任意であることはいうまでもない。また、チップの平面形状は、ほぼ正方形であるものを中心に説明するが、長方形でも良いことは言うまでもない。 The chip size described here is mainly about 3 to 10 mm square, but it goes without saying that the size situation is arbitrary. The planar shape of the chip will be mainly described as being square, but it is needless to say that it may be rectangular.
図1は本願の一実施の形態のパワーMOSFET(セル周辺SJ終端型)の製造方法における製造工程およびデバイス完成時のウエハ、チップ領域、その内外の各部の相互関係等を説明するためのウエハの上面全体図である。図2は図1の単一のチップ領域とその周辺の拡大平面図(ほぼデバイス完成時点であるが、スーパジャンクション構造等を見やすくするために、メタルソース電極等は除去している)である。図3は図1および図2のチップコーナ周辺切り出し領域R1の拡大平面図である。図4は図2にほぼ対応する部分のトレンチ形成プロセスにおけるハードマスク残留領域とセル領域等との関係を示すウエハの上面図(ただし、アライメントマーク領域等の構造は省略している)である。図5は図4で省略したアライメントマーク領域の状態を示すウエハの上面図である。これらに基づいて、本願の一実施の形態のパワーMOSFET(セル周辺SJ終端型)の製造方法における製造工程およびデバイス完成時のウエハ、チップ領域、その内外の各部の相互関係等を説明する。 FIG. 1 shows a manufacturing process in a method for manufacturing a power MOSFET (cell peripheral SJ termination type) according to an embodiment of the present application, a wafer at the time of device completion, a chip region, a mutual relationship between internal and external parts, and the like. FIG. FIG. 2 is an enlarged plan view of the single chip region of FIG. 1 and its periphery (almost at the time of device completion, but the metal source electrode and the like are removed in order to make the super junction structure and the like easier to see). FIG. 3 is an enlarged plan view of the chip corner peripheral cutout region R1 of FIGS. FIG. 4 is a top view of the wafer showing the relationship between the hard mask remaining region and the cell region etc. in the trench formation process in a portion substantially corresponding to FIG. 2 (however, the structure of the alignment mark region etc. is omitted). FIG. 5 is a top view of the wafer showing the state of the alignment mark region omitted in FIG. Based on these, the manufacturing process in the method of manufacturing a power MOSFET (cell peripheral SJ termination type) according to an embodiment of the present application, the wafer at the time of completion of the device, the chip region, the interrelation between the respective parts inside and outside, and the like will be described.
図1にウエハ1のデバイス主面1a上のチップ領域2等のレイアウトを示す(200φウエハ、および3ミリメートル角程度のチップサイズを想定すれば、実際のチップ数は、大凡、この100倍程度であるが、図示の都合上、チップの大きさを誇張して示す)。図1に示すように、ウエハ1の表側主面1a(デバイス主面、ソース側主面、すなわち第1の主面)には、多数のチップ領域2またはチップ領域となるべき領域が、ほぼマトリクス状に設けられており、これらの間は、X方向およびY方向に直交交差するスクライブ領域32(X方向スクライブ領域32x、Y方向スクライブ領域32y)で相互に隔てられている。この例では、ウエハ1の表側主面1aの結晶面は、たとえば、(100)であり、ノッチ9の方向の結晶方位は、たとえば、〈100〉または〈110〉である(もちろん、必要に応じて、その他の結晶面や結晶方位の配向でも良い)。
FIG. 1 shows the layout of the
デバイスのほぼ完成時点のチップ2(チップ領域)の上面(ウエハ1の表側主面1aに対応)の全体の平面レイアウトを図2に示す(見やすいように、チップ内部領域のメタル層を除去して示す)。図2に示すように、チップ2(2a)は、ほぼ正方形又は、それに近い矩形(長方形)をしており、チップ周辺領域20にはガードリング10があり、中央部には、アクティブセル領域4(セル領域)がある。なお、言うまでもないことであるが、細長い長方形チップを排除するものではない。アクティブセル領域4内には、多重連結構造(多数の同形開口を有するシート状)をしたポリシリコン膜(ゲート電極)21が設けられており、アクティブセル領域4の全体およびチップ周辺領域20の所定の領域には、スーパジャンクション構造を構成するP型カラム領域6が、敷き詰められている。なお、ゲート電極の平面構造は、必要に応じて、単連結でも良いことは言うまでもない。ここで、スクライブ領域32には、アライメントマーク領域5が設けられており、その中には、アライメントマーク8(8y)が設けられている。また、セル領域4の周りには、セル領域外部周辺スーパジャンクション形成領域39が設けられており、この例に於いては、セル領域4とセル領域外部周辺スーパジャンクション形成領域39とで、スーパジャンクション形成領域36を構成している。更に、この例に於いては、チップ領域2に限れば、スーパジャンクション形成領域36でない部分が、スーパジャンクション非形成領域37である。この例に於いては、チップ領域2の外には、スーパジャンクション形成領域36は存在しない。なお、この例に於いては、アライメントマーク領域5をスクライブ領域32の内部に設ける例、すなわち、ダイシング等で、そのアライメントマーク領域5を全て除去する例を示したが、アライメントマーク領域5の全部又は一部をチップ領域2に設けても良いことは言うまでもない。
The overall planar layout of the upper surface of the chip 2 (chip region) (corresponding to the front
図1及び図2のチップコーナ周辺切り出し領域R1を図3に示す。図3に示すように、チップ領域2aのアクティブセル領域4には、P+型ボディコンタクト領域27が設けられており、アクティブセル領域4からチップ周辺領域20のN型シリコンエピタキシ層1eには、多数のP型カラム領域6が形成されている。これらのP型カラム領域6とそれらの間のN型カラム領域7(N型シリコンエピタキシ層1e)とで、スーパジャンクション構造を構成している。チップ領域2aはY方向スクライブ領域32yを挟んでチップ領域2bと、X方向スクライブ領域32xを挟んでチップ領域2cと、それぞれ隣接しており、両スクライブ領域32x、32yの交差領域を挟んで、チップ領域2dと隣接している。両スクライブ領域32x、32yには、スーパジャンクション構造とその後のプロセスレイヤーとの位置合わせを行うためのアライメントマーク8を形成するためのアライメントマーク領域5(寸法としては、たとえば、36マイクロメートルx32マイクロメートル程度を例示することができる)が設けられている。X方向スクライブ領域32xのアライメントマーク領域5内には、X方向アライメントマーク8xが、Y方向スクライブ領域32yには、Y方向アライメントマーク8yがそれぞれ設けられている。
The chip corner peripheral cutout region R1 of FIGS. 1 and 2 is shown in FIG. As shown in FIG. 3, a P + type
次に、本願の前記一実施の形態のパワーMOSFETの製造方法におけるウエハプロセスの要部であるトレンチ形成後のハードマスク膜部分除去後の単一チップ領域2aとその周辺(チップ領域2b,2c,2d,2e,2f,2g,2h,2iおよびスクライブ領域32)のウエハ1の上面の状況の概要を図4に示す。図4に示すように、この例に於いては、スーパジャンクション形成領域36は、セル領域4全体および、その周辺に広がっている。すなわち、接合終端領域にもスーパジャンクション構造が設けられている。各領域の定義から、スーパジャンクション形成領域36以外の部分が、スーパジャンクション非形成領域37となっている。そして、スーパジャンクション非形成領域37が、大雑把に言って(アライメントマーク領域5の周辺部等を除外する意味である)、ほぼ、そのまま、ハードマスク残留領域38に対応している。更に、スクライブ領域32のほぼ全体が、スクライブ領域のハードマスク残留領域38b(第2のハードマスク残留領域)であり、スーパジャンクション形成領域36以外のチップ領域2は、チップ領域のハードマスク残留領域38a(第1のハードマスク残留領域)となっている。このようなスーパジャンクション形成領域とハードマスク残留領域のレイアウトは、接合終端特性の確保に有効である。
Next, the
次に、図4で除外したアライメントマーク領域5の周辺部(図3のアライメントマーク領域周辺切り出し領域R4)の拡大平面図を図5に示す。図5に示すように、アライメントマーク領域5のリング状のエッジ部は、ハードマスク除去領域40となっており、それ以外のアライメントマーク領域5の全体、およびアライメントマーク領域5外のスクライブ領域32の全体(TEGパターン領域、他のアライメントマーク領域等を除く)がハードマスク残留領域38b(第2のハードマスク残留領域)となっている。
Next, FIG. 5 shows an enlarged plan view of the peripheral portion (alignment mark region peripheral cutout region R4 in FIG. 3) of the
2.本願の前記一実施の形態のパワーMOSFETの製造方法におけるウエハプロセス等の説明(主に図6から図24)
セクション1で説明したデバイス構造に対応するウエハプロセスの一例を以下に示す。しかし、以下のプロセスは一例であり、種々変更可能であることは言うまでもない。
2. Explanation of wafer process and the like in the method of manufacturing the power MOSFET according to the embodiment of the present application (mainly FIGS. 6 to 24)
An example of a wafer process corresponding to the device structure described in
なお、セクション1およびセクション2で示した各部の寸法、膜厚等は、セクション3以下でも基本的に異なるところがないので、特に異なるとき以外は、原則として、繰り返し説明しない。
Since the dimensions, film thicknesses, etc. of the respective parts shown in
図6は本願の前記一実施の形態のパワーMOSFETの製造方法におけるウエハプロセス等を説明するための製造プロセス途中(アライメントマーク形成工程)のウエハのセル領域(または、スーパジャンクション形成領域)およびスクライブ領域(アライメントマーク領域を含む)の断面図(図2のX−X’断面に対応)である。図7は本願の前記一実施の形態のパワーMOSFETの製造方法におけるウエハプロセス等を説明するための製造プロセス途中(トレンチエッチ用下層ハードマスク成膜工程)のウエハのセル領域(または、スーパジャンクション形成領域)およびスクライブ領域(アライメントマーク領域を含む)の断面図(図2のX−X’断面に対応)である。図8は本願の前記一実施の形態のパワーMOSFETの製造方法におけるウエハプロセス等を説明するための製造プロセス途中(トレンチエッチ用下層ハードマスク加工工程)のウエハのセル領域(または、スーパジャンクション形成領域)およびスクライブ領域(アライメントマーク領域を含む)の断面図(図2のX−X’断面に対応)である。図9は本願の前記一実施の形態のパワーMOSFETの製造方法におけるウエハプロセス等を説明するための製造プロセス途中(トレンチエッチ用上層ハードマスク成膜工程)のウエハのセル領域(または、スーパジャンクション形成領域)およびスクライブ領域(アライメントマーク領域を含む)の断面図(図2のX−X’断面に対応)である。図10は本願の前記一実施の形態のパワーMOSFETの製造方法におけるウエハプロセス等を説明するための製造プロセス途中(トレンチエッチ用上層ハードマスク加工工程)のウエハのセル領域(または、スーパジャンクション形成領域)およびスクライブ領域(アライメントマーク領域を含む)の断面図(図2のX−X’断面に対応)である。図11は本願の前記一実施の形態のパワーMOSFETの製造方法におけるウエハプロセス等を説明するための製造プロセス途中(トレンチエッチ工程)のウエハのセル領域(または、スーパジャンクション形成領域)およびスクライブ領域(アライメントマーク領域を含む)の断面図(図2のX−X’断面に対応)である。図12は図13の工程におけるセル領域の平面図(図2のアクティブセル切り出し領域R2に対応)である。図13は本願の前記一実施の形態のパワーMOSFETの製造方法におけるウエハプロセス等を説明するための製造プロセス途中(トレンチエッチ用上層ハードマスク除去工程)のウエハのセル領域(または、スーパジャンクション形成領域)およびスクライブ領域(アライメントマーク領域を含む)の断面図(図2のX−X’断面に対応)である。図14は本願の前記一実施の形態のパワーMOSFETの製造方法におけるウエハプロセス等を説明するための製造プロセス途中(埋め込みエピタキシャル成長工程)のウエハのセル領域(または、スーパジャンクション形成領域)およびスクライブ領域(アライメントマーク領域を含む)の断面図(図2のX−X’断面に対応)である。図15は本願の前記一実施の形態のパワーMOSFETの製造方法におけるウエハプロセス等を説明するための製造プロセス途中(第1のCMP工程)のウエハのセル領域(または、スーパジャンクション形成領域)およびスクライブ領域(アライメントマーク領域を含む)の断面図(図2のX−X’断面に対応)である。図16は本願の前記一実施の形態のパワーMOSFETの製造方法におけるウエハプロセス等を説明するための製造プロセス途中(トレンチエッチ用下層ハードマスク除去工程)のウエハのセル領域(または、スーパジャンクション形成領域)およびスクライブ領域(アライメントマーク領域を含む)の断面図(図2のX−X’断面に対応)である。図17は本願の前記一実施の形態のパワーMOSFETの製造方法におけるウエハプロセス等を説明するための製造プロセス途中(第2のCMP工程)のウエハのセル領域(または、スーパジャンクション形成領域)およびスクライブ領域(アライメントマーク領域を含む)の断面図(図2のX−X’断面に対応)である。図18は本願の前記一実施の形態のパワーMOSFETの製造方法におけるウエハプロセス等を説明するための製造プロセス途中(P型ボディ領域導入工程)における図2のアクティブセル切り出し領域R2のX−X’断面にほぼ対応するデバイス断面図である。図19は本願の前記一実施の形態のパワーMOSFETの製造方法におけるウエハプロセス等を説明するための製造プロセス途中(ポリシリコン膜成膜工程)における図2のアクティブセル切り出し領域R2のX−X’断面にほぼ対応するデバイス断面図である。図20は本願の前記一実施の形態のパワーMOSFETの製造方法におけるウエハプロセス等を説明するための製造プロセス途中(ゲート加工およびN+型ソース領域導入工程)における図2のアクティブセル切り出し領域R2のX−X’断面にほぼ対応するデバイス断面図である。図21は本願の前記一実施の形態のパワーMOSFETの製造方法におけるウエハプロセス等を説明するための製造プロセス途中(コンタクト溝形成およびP+型ボディコンタクト領域導入工程)における図2のアクティブセル切り出し領域R2のX−X’断面にほぼ対応するデバイス断面図である。図22は本願の前記一実施の形態のパワーMOSFETの製造方法におけるウエハプロセス等を説明するための製造プロセス途中(プラグ埋め込みおよび表面メタル膜成膜工程)における図2のアクティブセル切り出し領域R2のX−X’断面にほぼ対応するデバイス断面図である。図23は本願の前記一実施の形態のパワーMOSFETの製造方法におけるウエハプロセス等を説明するための製造プロセス途中(ファイナルパッシベーション膜成膜および加工工程)における図2のアクティブセル切り出し領域R2のX−X’断面にほぼ対応するデバイス断面図である。図24は本願の前記一実施の形態のパワーMOSFETの製造方法におけるウエハプロセス等を説明するための製造プロセス途中(裏面メタル電極膜成膜工程)における図2のアクティブセル切り出し領域R2のX−X’断面にほぼ対応するデバイス断面図である。これらに基づいて、本願の前記一実施の形態のパワーMOSFETの製造方法におけるウエハプロセス等を説明する。 FIG. 6 is a wafer cell region (or super junction formation region) and scribe region in the middle of the manufacturing process (alignment mark forming step) for explaining the wafer process and the like in the method of manufacturing a power MOSFET according to the embodiment of the present application. It is sectional drawing (corresponding to XX 'section of Drawing 2) (including an alignment mark field). FIG. 7 shows the cell region (or super junction formation) of the wafer in the middle of the manufacturing process (lower trench hard mask film forming step for trench etching) for explaining the wafer process and the like in the method of manufacturing the power MOSFET according to the embodiment of the present application. 3 is a cross-sectional view (corresponding to the XX ′ cross section in FIG. 2) of the region) and the scribe region (including the alignment mark region). FIG. 8 shows a cell region (or super junction formation region) of a wafer in the middle of a manufacturing process (a lower layer hard mask processing step for trench etching) for explaining a wafer process and the like in the method of manufacturing a power MOSFET according to the embodiment of the present application. ) And a scribe region (including an alignment mark region) (corresponding to the XX ′ cross section in FIG. 2). FIG. 9 shows the cell region (or super junction formation) of the wafer during the manufacturing process (upper layer hard mask film forming step for trench etching) for explaining the wafer process and the like in the method of manufacturing the power MOSFET according to the embodiment of the present application. 3 is a cross-sectional view (corresponding to the XX ′ cross section in FIG. 2) of the region) and the scribe region (including the alignment mark region). FIG. 10 is a cell region (or super junction formation region) of a wafer in the middle of a manufacturing process (upper layer hard mask processing step for trench etching) for explaining a wafer process and the like in the method of manufacturing a power MOSFET according to the embodiment of the present application. ) And a scribe region (including an alignment mark region) (corresponding to the XX ′ cross section in FIG. 2). FIG. 11 shows a wafer cell region (or a super junction formation region) and a scribe region (in the middle of a manufacturing process (trench etching step)) for explaining a wafer process and the like in the method of manufacturing a power MOSFET according to the embodiment of the present application. FIG. 6 is a cross-sectional view (corresponding to the XX ′ cross-section of FIG. 2) of the alignment mark region). FIG. 12 is a plan view of the cell region in the step of FIG. 13 (corresponding to the active cell cutout region R2 of FIG. 2). FIG. 13 is a cell region (or super junction formation region) of a wafer in the middle of the manufacturing process (upper layer hard mask removing step for trench etching) for explaining the wafer process and the like in the method of manufacturing a power MOSFET according to the embodiment of the present application. ) And a scribe region (including an alignment mark region) (corresponding to the XX ′ cross section in FIG. 2). FIG. 14 shows a wafer cell region (or super junction formation region) and a scribe region (in the process of buried epitaxial growth) in the middle of a manufacturing process for explaining a wafer process and the like in the method of manufacturing a power MOSFET according to the embodiment of the present application. FIG. 6 is a cross-sectional view (corresponding to the XX ′ cross-section of FIG. 2) of the alignment mark region). 15 shows a wafer cell region (or super junction formation region) and scribe in the middle of a manufacturing process (first CMP step) for explaining a wafer process and the like in the method of manufacturing a power MOSFET according to the embodiment of the present application. It is sectional drawing (corresponding to XX 'section of Drawing 2) of a field (including an alignment mark field). FIG. 16 is a cell region (or super junction formation region) of a wafer in the middle of a manufacturing process (lower trench hard mask removal step) for explaining a wafer process and the like in the method of manufacturing a power MOSFET according to the embodiment of the present application. ) And a scribe region (including an alignment mark region) (corresponding to the XX ′ cross section in FIG. 2). FIG. 17 is a wafer cell region (or super junction formation region) and scribe in the middle of a manufacturing process (second CMP step) for explaining a wafer process and the like in the method of manufacturing a power MOSFET according to the embodiment of the present application. It is sectional drawing (corresponding to XX 'section of Drawing 2) of a field (including an alignment mark field). 18 is a cross-sectional view taken along line XX ′ of the active cell cutout region R2 in FIG. 2 during the manufacturing process (P-type body region introducing step) for explaining the wafer process and the like in the method of manufacturing the power MOSFET according to the embodiment of the present application. It is device sectional drawing which respond | corresponds substantially to a cross section. FIG. 19 is a cross-sectional view taken along line XX ′ of the active cell cutout region R2 of FIG. 2 during the manufacturing process (polysilicon film forming step) for explaining the wafer process and the like in the method of manufacturing the power MOSFET according to the embodiment of the present application. It is device sectional drawing which respond | corresponds substantially to a cross section. FIG. 20 shows an X of the active cell cutout region R2 in FIG. 2 during the manufacturing process (gate processing and N + type source region introduction step) for explaining the wafer process and the like in the method of manufacturing the power MOSFET according to the embodiment of the present application. FIG. 10 is a device sectional view substantially corresponding to a −X ′ section. 21 shows the active cell cutout region R2 in FIG. 2 during the manufacturing process (contact groove formation and P + type body contact region introducing step) for explaining the wafer process and the like in the method of manufacturing the power MOSFET according to the embodiment of the present application. FIG. 6 is a device cross-sectional view substantially corresponding to a cross section of XX ′. FIG. 22 shows an X of the active cell cutout region R2 in FIG. 2 during the manufacturing process (plug embedding and surface metal film forming step) for explaining the wafer process and the like in the method of manufacturing the power MOSFET according to the embodiment of the present application. FIG. 10 is a device sectional view substantially corresponding to a −X ′ section. FIG. 23 is a cross-sectional view of the active cell cutout region R2 in FIG. 2 during the manufacturing process (final passivation film formation and processing step) for explaining the wafer process and the like in the method of manufacturing the power MOSFET according to the embodiment of the present application. FIG. 10 is a device cross-sectional view substantially corresponding to the X ′ cross-section. FIG. 24 is a cross-sectional view taken along line XX in the active cell cutout region R2 of FIG. 'It is a device sectional view substantially corresponding to the section. Based on these, the wafer process and the like in the method of manufacturing the power MOSFET of the one embodiment of the present application will be described.
まず、図6に示すように、たとえば、N+型シリコン単結晶基板部1s(基板層)の表面1a側に、N型シリコンエピタキシ層1e(基板上エピタキシ層)が形成されたウエハ1を準備する。ここでは、ウエハの径は、たとえば、200ミリメートル程度として説明するが、ウエハの径は、150ミリメートル程度でも、300ミリメートル程度でも、その他であっても良い。また、ウエハの厚さとしては、たとえば、700マイクロメートル程度として説明するが、必要に応じて、適切な厚さ(好適な範囲としては、300から1200マイクロメートル程度の範囲)としてもよい。ウエハの基板部1sの不純物ドープに関しては、たとえば、アンチモンを1018から1019/cm3のオーダ程度ドープしたN+シリコン単結晶基板を好適なものとして例示することができる。基板上エピタキシ層の厚さは、600ボルト程度の耐圧の場合には、たとえば、50マイクロメートル程度である。次に、ウエハ1の表面1a側のほぼ全面に、たとえば、塗布等により、アライメントマーク形成用レジスト膜15を成膜する。次に、例えば、通常のリソグラフィ等により、アライメントマーク形成用レジスト膜15をパターニングし、それをマスクとして、たとえば、ハロゲン系エッチングガス等を用いて、異方性ドライエッチングを施すことにより、ウエハ1の表面1aにアライメントマーク8(たとえば、幅2マイクロメートル程度、深さ5マイクロメートル程度)を形成する。その後、不要になったアライメントマーク形成用レジスト膜15を、たとえば、アッシング等により、除去する。なお、図6から図17に於いて、図の左側にセル領域4を示すが、この例に於いては、この部分をスーパジャンクション形成領域36としてもよい。
First, as shown in FIG. 6, for example, a
次に、図7に示すように、ウエハ1の表面1a側のほぼ全面に、たとえば、CVD(Chemical Vapor Deposition)等により、トレンチエッチ用下層ハードマスク11fとして、たとえば、窒化シリコン膜(例えば、厚さは、500nm程度)を成膜する。なお、窒化シリコン膜の下地膜として、酸化シリコン膜(例えば、厚さは、100nm程度)等を形成しても良い(剥がれ防止に有効である)。
Next, as shown in FIG. 7, for example, a silicon nitride film (for example, a thickness) is formed as a lower layer
次に、図8に示すように、ウエハ1の表面1a側のほぼ全面に、たとえば、塗布等により、トレンチエッチ用下層ハードマスク加工用レジスト膜31を成膜する。次に、例えば、通常のリソグラフィ等により、トレンチエッチ用下層ハードマスク加工用レジスト膜31をパターニングし、それをマスクとして、たとえば、フルオロカーボン系エッチングガス等を用いて、異方性ドライエッチングを施すことにより、トレンチエッチ用下層ハードマスク11fをパターニングする。その後、不要になったトレンチエッチ用下層ハードマスク加工用レジスト膜31を、たとえば、アッシング等により、除去する。
Next, as shown in FIG. 8, a trench etch lower hard mask processing resist
次に、図9に示すように、ウエハ1の表面1a側のほぼ全面に、たとえば、CVD等により、トレンチエッチ用上層ハードマスク11sとして、たとえば、酸化シリコン膜(例えば、厚さは、1.0マイクロメートル程度)を成膜する。このように、この例に於いては、トレンチエッチ用下層ハードマスク11fとトレンチエッチ用上層ハードマスク11sとで、トレンチエッチ用ハードマスク11(ハードマスク膜)を構成している。
Next, as shown in FIG. 9, as an upper
次に、図10に示すように、ウエハ1の表面1a側のほぼ全面に、たとえば、塗布等により、トレンチエッチ用上層ハードマスク加工用レジスト膜33を成膜する。次に、例えば、通常のリソグラフィ等により、トレンチエッチ用上層ハードマスク加工用レジスト膜33をパターニングし、それをマスクとして、たとえば、フルオロカーボン系エッチングガス等を用いて、異方性ドライエッチングを施すことにより、トレンチエッチ用上層ハードマスク11sをパターニングする。その後、不要になったトレンチエッチ用上層ハードマスク加工用レジスト膜33を、たとえば、アッシング等により、除去する。
Next, as shown in FIG. 10, an upper hard mask processing resist
次に、図11に示すように、パターニングされたトレンチエッチ用ハードマスク11を耐エッチングマスクとして、たとえば、ハロゲン系エッチングガス等を用いて、異方性ドライエッチングを施すことにより、ウエハ1の表面1aに、P型カラム領域埋め込み用トレンチ12(たとえば、深さ55マイクロメートル程度、幅4マイクロメートル程度)を形成する。なお、P型カラム領域埋め込み用トレンチ12はN型シリコン単結晶基板1sに到達していることが望ましい。ただし、到達していなくとも、近接していればよい。
Next, as shown in FIG. 11, the surface of the
次に、図12および図13に示すように、トレンチエッチ用上層ハードマスク11sを、たとえば、弗酸系エッチング液等によるウエットエッチングにより、除去する。すなわち、格子状に配置された多数のチップ領域の各々に隣接するスクライブ領域のハードマスク膜残留領域に、ハードマスク膜をCMPストップ膜として残すように、ハードマスク膜を除去するのである。これにより、セル領域4に、ハードマスク除去領域40が形成される。ここに示したように、ウエハ全体を見ると、格子状に、CMPストップ膜が残存することとなるので、オーバグロス量のばらつきを後のCMP処理によって、吸収することが可能となる。また、ハードマスク膜が二重構造であり、異なる性質の膜(主に窒化シリコン系絶縁膜と酸化シリコン系絶縁膜)で形成されているので、途中のエッチング処理が簡単になるメリットを有する。更に、残存するハードマスク膜がアライメントマーク領域のほぼ全域を被覆しているので、埋め込みエピタキシャル成長等の過程に於いても、アライメントマークの完全性を保持することができる。
Next, as shown in FIGS. 12 and 13, the upper layer
次に、図14に示すように、ウエハ1の表面1a側のほぼ全面に対して、埋め込みエピタキシャル成長を実行することにより、埋め込みエピタキシ層14を形成する。このとき、オーバグロス量は、たとえば、5マイクロメートル程度を好適なものとして例示することができる。
Next, as shown in FIG. 14, a buried
次に、図15に示すように、トレンチエッチ用ハードマスク11(11f)をCMPストップ膜として、ウエハ1の表面1a側に対して、第1のCMP(Chemical Mechanical Polishing)処理を実行する。この際の研磨量は、たとえば、4.5マイクロメートル程度である。
Next, as shown in FIG. 15, a first CMP (Chemical Mechanical Polishing) process is performed on the
次に、図16に示すように、例えば、熱燐酸等の窒化シリコン膜エッチング液等を用いたウエットエッチング(もちろん、ドライエッチングでも良い)により、トレンチエッチ用ハードマスク11(11f)を除去する。この時点で、ウエハの上面1aの段差は、たとえば、0.5マイクロメートル程度である。
Next, as shown in FIG. 16, for example, the trench etching hard mask 11 (11f) is removed by wet etching (or, of course, dry etching) using a silicon nitride film etchant such as hot phosphoric acid. At this point, the step on the
次に、図17に示すように、第2のCMP処理を実行することにより、埋め込みエピタキシ層14および基板上エピタキシ層1eの両方を研磨し、表面を平坦化する。この際の研磨量は、たとえば、1.5マイクロメートル程度である。このように、第2のCMP処理の研磨量は、第1のCMPの研磨量よりも少ない。これは、第2のCMP処理においては、第1のCMP後の残存段差の3倍程度の研磨量で、平坦化が達成されるからである。
なお、2段のCMP処理は、必須ではないが、上述のように、CMP処理を2段階に分けて実行することにより、1段階で実行するよりも、セル領域4内の各埋め込みエピタキシ層14の研磨量を均一にし易くなるメリットがある。すなわち、CMP処理を1段階のみで行うと、セル領域4内の特に中央部における埋め込みエピタキシ層14の研磨量が、セル領域4内の周辺部に比べて大きくなりやすい。従って、セル領域4内で各MOSFETの特性にばらつきが生じる恐れがある。
Next, as shown in FIG. 17, by performing a second CMP process, both the buried
Although the two-stage CMP process is not essential, as described above, by executing the CMP process in two stages, each buried
これによって、P型カラム領域6とN型カラム領域7が形成される。これ以降は、セル領域4(具体的には、図17のアクティブセル切り出し領域R2)のみを例にとり、プロセスを説明する。
As a result, a P-
図18に示すように、たとえば、熱酸化等により、ウエハ1の表面1aのほぼ全面に、P型ボディ領域導入用酸化シリコン膜18を成膜する。次に、P型ボディ領域導入用レジスト膜17を、たとえば、塗布及びパターニング(たとえば、通常のリソグラフィによる。)して、パターニングされたレジスト膜17をマスクとして、イオン注入によりP型ボディ領域16(P型チャネル領域)を導入する(イオン種は、たとえばボロンで、濃度としては、たとえば1017/cm3のオーダ程度)。その後、不要になったP型ボディ領域導入用レジスト膜17を、例えば、アッシング等により除去し、P型ボディ領域導入用酸化シリコン膜18を、たとえば、弗酸系エッチング液等を用いたウエットエッチング等により(ドライエッチングでも良い)、除去する。
As shown in FIG. 18, a P-type body region introducing
次に、図19に示すように、半導体ウエハ1の表面1aに熱酸化(たとえば、摂氏950度でのウエット酸化)により、ゲート酸化膜19(たとえば、厚さ100nm程度)を形成し、その上に、ゲートポリシリコン膜21(たとえば、厚さ500nm程度のリンドープポリシリコン膜)を、たとえば低圧CVD(Chemical Vapor Deposition)により形成する。なお、ゲート酸化前のウエハ洗浄としては、たとえば第1洗浄液、すなわち、アンモニア:過酸化水素:純水=1:1:5(体積比)、及び第2洗浄液、すなわち、塩酸:過酸化水素:純水=1:1:6(体積比)を用いてウエット洗浄を適用することができる。
Next, as shown in FIG. 19, a gate oxide film 19 (for example, about 100 nm thick) is formed on the
次に、図20に示すように、ゲート電極加工用レジスト膜22を用いて、ドライエッチング(たとえば、ポリシリコンはSF6,O2系エッチングガス、酸化膜は、たとえばCHF3,CF4系エッチングガス)を実行することによりゲート電極21をパターニングする(たとえば、通常のリソグラフィによる。)。続いて、N+ソース領域23等を導入する(イオン種としては、たとえば、砒素で、濃度としては、たとえば1020/cm3のオーダ程度)。その後、不要になったレジスト膜22を全面除去する。
Next, as shown in FIG. 20, the gate electrode processing resist
次に、図21に示すように、半導体ウエハ1の表面1aのほぼ全面に、たとえば、厚さ900nm程度のPSG(Phospho−Silicate−Glass)膜24(層間絶縁膜)をCVD等により成膜する(上方にSOG膜を重ねて平坦化してもよい)。続いて、半導体ウエハ1の表面1a上に、ソースコンタクト溝開口用レジスト膜25を形成し(たとえば、通常のリソグラフィによる。)、それをマスクとして、異方性ドライエッチングすることにより、ソースコンタクト溝26を開口するとともに、シリコン基板表面を、たとえば、異方性ドライエッチングすることにより、ソースコンタクト溝26を基板内に延長する。なお、このような基板のエッチングは、もちろん必須ではない。その後、ソースコンタクト溝26(コンタクトホール)の孔底に、イオン注入(たとえばBF2)により、P+ボディコンタクト領域27を導入する(濃度としては、たとえば1019/cm3のオーダ程度)。その後、不要になったレジスト膜25を全面除去する。
Next, as shown in FIG. 21, a PSG (Phospho-Silicate-Glass) film 24 (interlayer insulating film) having a thickness of about 900 nm is formed on almost the
次に、図22に示すように、ソースコンタクト溝26に、たとえば、チタン系のバリアメタル膜等を介して、タングステンプラグ28を埋め込む。続いて、たとえば、アルミニウム系金属層をスパッタリング等により成膜して、パターニングすることにより(たとえば、通常のリソグラフィによる。)、メタルソース電極29、ガードリング電極10(図2)等を形成する。なお、ここでは、タングステンプラグ28を使用する例を示したが、直接、バリアメタル等を介して、アルミニウム系金属層をスパッタリング成膜等してもよいことは言うまでもない。
Next, as shown in FIG. 22, a
次に、図23に示すように、たとえば、無機系ファイナルパッシベーション膜や有機系無機系ファイナルパッシベーション膜等のファイナルパッシベーション膜34を上層に形成して、ソースパッド開口43等を開口する(たとえば、通常のリソグラフィによる。)。ファイナルパッシベーション膜34としては、無機系ファイナルパッシベーション膜または有機系無機系ファイナルパッシベーション膜等の単層膜のほか、下層の無機系ファイナルパッシベーション膜上に有機系無機系ファイナルパッシベーション膜等を積層しても良い。
Next, as shown in FIG. 23, for example, a
次に、図24に示すように、たとえば、ウエハ1の裏面1bに対して、バックグラインディングを実行して、当初のウエハの厚さ(基板部のみの厚さで、たとえば、700マイクロメートル程度)を必要に応じて、200から20マイクロメートル程度まで薄膜化する。次に、ウエハ1の裏面1b(ドレイン領域35の表面)にスパッタリング成膜等により、裏面メタル電極30を形成する。
Next, as shown in FIG. 24, for example, backgrinding is performed on the
その後、たとえば、ブレードダイシング等(レーザダイシング、レーザグルービング、または、これらとブレードダイシングの組み合わせによる方法でも良い)により、ウエハ1を各チップ領域2に分割する。このことによって、スクライブ領域32が除去されて、ウエハ1は、多数のチップ2になる。
Thereafter, the
3.本願の前記一実施の形態のパワーMOSFETの製造方法におけるデバイス構造、特に、スーパジャンクション構造の形成範囲等に関する各種変形例の説明(主に図25から図28)
このセクションでは、セクション1で説明した図4のチップ周辺全体切り出し領域R3に関するスーパジャンクション形成領域36とハードマスク残留領域38の範囲についての各種の変形例を説明する。なお、基本的構造およびプロセスは、セクション1および2で説明したところ(基本例:標準セル領域周辺スーパジャンクション終端方式)と変わるところがないので、以下では、原則として異なる部分のみを説明する。
3. Description of various modifications relating to the device structure in the method of manufacturing the power MOSFET according to the embodiment of the present application, particularly the formation range of the super junction structure (mainly FIGS. 25 to 28)
In this section, various modified examples of the range of the super
図25は本願の前記一実施の形態のパワーMOSFETの製造方法におけるデバイス構造、特に、スーパジャンクション構造の形成範囲等に関する変形例(セル領域内限定スーパジャンクション形成方式)を説明するための図4のチップ周辺全体切り出し領域R3に対応するウエハの上面図である。図26は本願の前記一実施の形態のパワーMOSFETの製造方法におけるデバイス構造、特に、スーパジャンクション構造の形成範囲等に関する変形例(スーパジャンクション形成領域−ハードマスク残留領域間緩衝型レイアウト)を説明するための図4のチップ周辺全体切り出し領域R3に対応するウエハの上面図である。図27は本願の前記一実施の形態のパワーMOSFETの製造方法におけるデバイス構造、特に、スーパジャンクション構造の形成範囲等に関する変形例(チップ領域全面限定スーパジャンクション形成方式)を説明するための図4のチップ周辺全体切り出し領域R3に対応するウエハの上面図である。図28は本願の前記一実施の形態のパワーMOSFETの製造方法におけるデバイス構造、特に、スーパジャンクション構造の形成範囲等に関する変形例(チップ領域全面および外部周辺限定スーパジャンクション形成方式)を説明するための図4のチップ周辺全体切り出し領域R3に対応するウエハの上面図である。これらに基づいて、本願の前記一実施の形態のパワーMOSFETの製造方法におけるデバイス構造、特に、スーパジャンクション構造の形成範囲等に関する各種変形例を説明する。 FIG. 25 is a diagram illustrating a device structure in the method of manufacturing a power MOSFET according to the embodiment of the present invention, in particular, a modification example regarding the formation range of the super junction structure (super-junction forming method limited in the cell region). It is a top view of the wafer corresponding to the chip peripheral whole cutout region R3. FIG. 26 illustrates a device structure in the method of manufacturing a power MOSFET according to the embodiment of the present invention, in particular, a modification example regarding the formation range of the superjunction structure (superjunction formation region-hard mask residual region buffered layout). FIG. 5 is a top view of the wafer corresponding to the entire chip cutting area R3 in FIG. FIG. 27 shows a device structure in the method of manufacturing a power MOSFET according to the embodiment of the present invention, in particular, a modified example relating to the formation range of the superjunction structure (a superjunction forming method limited to the entire chip region). It is a top view of the wafer corresponding to the chip peripheral whole cutout region R3. FIG. 28 is a view for explaining a device structure in the method for manufacturing a power MOSFET according to the embodiment of the present invention, in particular, a modification example regarding the formation range of the super junction structure (chip region entire surface and external peripheral limited super junction formation method). FIG. 5 is a top view of a wafer corresponding to the entire chip periphery cutout region R3 of FIG. 4. Based on these, various modifications relating to the device structure in the method of manufacturing the power MOSFET according to the embodiment of the present application, in particular, the formation range of the super junction structure, and the like will be described.
(1)セル領域内限定スーパジャンクション形成方式の説明(主に図25):
この例においては、図25に示すように、標準セル領域周辺スーパジャンクション終端方式(図4)と異なり、セル領域4の外部に、原則として、スーパジャンクション形成領域36がないので、セル領域4の外部は、例外的部分を除き、ほぼ全域がハードマスク残留領域38となっている。このようなレイアウトは、接合終端構造を主にフィールドプレート等によって構築する場合の有効である。
(1) Description of the super junction formation method within the cell region (mainly FIG. 25):
In this example, as shown in FIG. 25, unlike the standard cell region peripheral super-junction termination method (FIG. 4), the super
(2)スーパジャンクション形成領域−ハードマスク残留領域間緩衝型レイアウトの説明(主に図26):
この例においては、図26に示すように、標準セル領域周辺スーパジャンクション終端方式(図4)と同様に、セル領域4の外部にも、スーパジャンクション形成領域36(すなわち、セル領域外部周辺スーパジャンクション形成領域39)が設けられている。しかし、標準セル領域周辺スーパジャンクション終端方式(図4)と異なり、スーパジャンクション形成領域36とハードマスク残留領域38の間に、緩衝領域42、すなわち、スーパジャンクション非形成領域37ではあるが、ハードマスク残留領域38ではない部分を設けている。
(2) Description of the buffer type layout between the super junction formation region and the hard mask residual region (mainly FIG. 26):
In this example, as shown in FIG. 26, the superjunction forming region 36 (that is, the cell region external peripheral superjunction) is also provided outside the
このように、スーパジャンクション形成領域36とハードマスク残留領域38の間に、緩衝領域42、すなわち、スーパジャンクション非形成領域37ではあるが、ハードマスク残留領域38ではない部分を設けることにより、ハードマスク残留領域38に於いて発生した結晶欠陥の影響が、近傍のスーパジャンクション形成領域36に及びことを防止することができる。
As described above, by providing the
なお、このような緩衝領域42を設けることは、図4のような場合(具体的適用後のレイアウトは、図26)のみでなく、図25、図27、図28等の場合にも適用できる。
The provision of such a
(3)チップ領域全面限定スーパジャンクション形成方式の説明(主に図27):
この例においては、図27に示すように、標準セル領域周辺スーパジャンクション終端方式(図4)と同様に、セル領域4の外部にも、スーパジャンクション形成領域36(すなわち、セル領域外部周辺スーパジャンクション形成領域39)が設けられている。しかし、標準セル領域周辺スーパジャンクション終端方式(図4)と異なり、セル領域外部周辺スーパジャンクション形成領域39が、チップ領域2のほぼ全体に及んでいる。従って、この例に於いては、ハードマスク残留領域38は、例外的部分を除いてスクライブ領域32と一致する。このようなレイアウトは、埋め込み特性等をチップ領域内で均一にしたいときに有効である。
(3) Description of the chip region entire surface limited super junction formation method (mainly FIG. 27):
In this example, as shown in FIG. 27, the superjunction forming region 36 (that is, the cell region external peripheral superjunction) is also provided outside the
(4)チップ領域全面および外部周辺限定スーパジャンクション形成方式の説明(主に図28):
この例においては、図28に示すように、図27の例(チップ領域全面限定スーパジャンクション形成方式)と類似しているが、それと異なり、スーパジャンクション形成領域36が、チップ領域2の外部にも一部広がっている。従って、この例に於いては、ハードマスク残留領域38は、スクライブ領域32のうち、スーパジャンクション形成領域36でない部分のほぼ全部となる。このようなレイアウトは、埋め込み特性等をチップ領域の端部でも、均一にしたいときに有効である。ここで、「ほぼ」というのは、例外的部分を除く意味である(他の部分に於いても同じ)。
(4) Description of the superjunction forming method for the entire chip area and external peripheral area (mainly FIG. 28):
In this example, as shown in FIG. 28, it is similar to the example of FIG. 27 (chip region whole surface limited super junction formation method), but unlike that, the super
なお、変形例としては、スーパジャンクション形成領域36がウエハ1のほぼ全領域におよぶ場合(ウエハ全面スーパジャンクション形成方式)もあるが、そのような例の取り扱いについては、セクション7で説明する。
As a modification, there is a case where the super
また、このセクションで説明した各種の変形例およびセクション7で説明するウエハ全面スーパジャンクション形成方式は、セクション1および2で説明した例に適用できるばかりでなく、その他のセクションで説明する例(たとえば、セクション4で説明する例等)にも適用できることは言うまでもない。
Further, the various modifications described in this section and the wafer whole surface superjunction formation method described in
4.本願の前記一実施の形態のパワーMOSFETの製造方法におけるセル領域内ハードマスクレイアウトに関する変形例1(ストライプハードマスク間引き方式)に関するウエハプロセス等の説明(主に図29から図37)
ここまでに説明した例は、いずれも、原則として、スーパジャンクション形成領域36には、ハードマスク残留領域38を配置しないものであるが、このセクションでは、スーパジャンクション形成領域36内にも、部分的に(全部残留させないという意味で)、ハードマスク残留領38を設けるものである。
4). Explanation of wafer process and the like related to modification 1 (stripe hard mask thinning method) related to the hard mask layout in the cell region in the method of manufacturing the power MOSFET according to the embodiment of the present application (mainly FIGS. 29 to 37)
In all of the examples described so far, in principle, the hard
なお、この例は、基本的部分は、これまでに説明したところとほとんどの部分が同じであるので、以下では、原則として異なる部分のみを説明する。このことは、次セクションに於いても同じである。 In this example, most of the basic parts are the same as those described so far, so only the different parts will be described in principle below. This is the same in the next section.
図29は本願の前記一実施の形態のパワーMOSFETの製造方法におけるセル領域内ハードマスクレイアウトに関する変形例1(ストライプハードマスク間引き方式)に関するウエハプロセス等を説明するための図8に対応するデバイス断面図である。図30は本願の前記一実施の形態のパワーMOSFETの製造方法におけるセル領域内ハードマスクレイアウトに関する変形例1(ストライプハードマスク間引き方式)に関するウエハプロセス等を説明するための図8に対応するデバイス断面図(トレンチエッチ用下層ハードマスク加工工程)である。図31は本願の前記一実施の形態のパワーMOSFETの製造方法におけるセル領域内ハードマスクレイアウトに関する変形例1(ストライプハードマスク間引き方式)に関するウエハプロセス等を説明するための図10にほぼ対応するデバイス断面図(トレンチエッチ用上層ハードマスク加工工程)である。図32は本願の前記一実施の形態のパワーMOSFETの製造方法におけるセル領域内ハードマスクレイアウトに関する変形例1(ストライプハードマスク間引き方式)に関するウエハプロセス等を説明するための図12に対応する図33の工程におけるセル領域の平面図(図2のアクティブセル切り出し領域R2に対応)である。図33は本願の前記一実施の形態のパワーMOSFETの製造方法におけるセル領域内ハードマスクレイアウトに関する変形例1(ストライプハードマスク間引き方式)に関するウエハプロセス等を説明するための図13に対応するデバイス断面図(トレンチエッチ用上層ハードマスク除去工程)である。図34は本願の前記一実施の形態のパワーMOSFETの製造方法におけるセル領域内ハードマスクレイアウトに関する変形例1(ストライプハードマスク間引き方式)に関するウエハプロセス等を説明するための図14に対応するデバイス断面図(埋め込みエピタキシャル成長工程)である。図35は本願の前記一実施の形態のパワーMOSFETの製造方法におけるセル領域内ハードマスクレイアウトに関する変形例1(ストライプハードマスク間引き方式)に関するウエハプロセス等を説明するための図15に対応するデバイス断面図(第1のCMP工程)である。図36は本願の前記一実施の形態のパワーMOSFETの製造方法におけるセル領域内ハードマスクレイアウトに関する変形例1(ストライプハードマスク間引き方式)に関するウエハプロセス等を説明するための図16に対応するデバイス断面図(トレンチエッチ用下層ハードマスク除去工程)である。図37は本願の前記一実施の形態のパワーMOSFETの製造方法におけるセル領域内ハードマスクレイアウトに関する変形例1(ストライプハードマスク間引き方式)に関するウエハプロセス等を説明するための図17に対応するデバイス断面図(第2のCMP工程)である。これらに基づいて、本願の前記一実施の形態のパワーMOSFETの製造方法におけるセル領域内ハードマスクレイアウトに関する変形例1(ストライプハードマスク間引き方式)に関するウエハプロセス等を説明する。 FIG. 29 is a device cross-sectional view corresponding to FIG. 8 for explaining the wafer process and the like related to Modification Example 1 (Stripe Hard Mask Thinning Method) related to the hard mask layout in the cell region in the method of manufacturing the power MOSFET according to the embodiment of the present application. FIG. FIG. 30 is a device cross-sectional view corresponding to FIG. 8 for explaining the wafer process and the like related to Modification Example 1 (Stripe Hard Mask Thinning Method) related to the hard mask layout in the cell region in the method of manufacturing the power MOSFET according to the embodiment of the present application. It is a figure (lower trench hard mask process for trench etching). FIG. 31 is a device substantially corresponding to FIG. 10 for explaining the wafer process and the like related to Modification Example 1 (Stripe Hard Mask Thinning Method) related to the hard mask layout in the cell region in the method of manufacturing the power MOSFET according to the embodiment of the present application. It is sectional drawing (the upper layer hard mask process for trench etching). FIG. 32 is a diagram corresponding to FIG. 33 for explaining the wafer process and the like related to the modification 1 (stripe hard mask thinning method) related to the hard mask layout in the cell region in the method of manufacturing the power MOSFET according to the embodiment of the present application. FIG. 6 is a plan view of a cell region in the step (corresponding to an active cell cutout region R2 in FIG. 2). FIG. 33 is a device cross-sectional view corresponding to FIG. 13 for explaining the wafer process and the like related to Modification Example 1 (Stripe Hard Mask Thinning Method) related to the hard mask layout in the cell region in the method of manufacturing the power MOSFET according to the embodiment of the present application. It is a figure (upper layer hard mask removal process for trench etching). FIG. 34 is a device cross-sectional view corresponding to FIG. 14 for explaining the wafer process and the like related to Modification Example 1 (Stripe Hard Mask Thinning Method) related to the hard mask layout in the cell region in the method for manufacturing the power MOSFET according to the embodiment of the present application. It is a figure (buried epitaxial growth process). FIG. 35 is a device cross-sectional view corresponding to FIG. 15 for explaining the wafer process and the like related to Modification Example 1 (Stripe Hard Mask Thinning Method) related to the hard mask layout in the cell region in the method of manufacturing the power MOSFET according to the embodiment of the present application. It is a figure (1st CMP process). FIG. 36 is a device cross-sectional view corresponding to FIG. 16 for explaining a wafer process and the like related to Modification Example 1 (Stripe Hard Mask Thinning Method) related to the hard mask layout in the cell region in the method of manufacturing the power MOSFET according to the embodiment of the present application. It is a figure (lower layer hard mask removal process for trench etching). FIG. 37 is a device cross-sectional view corresponding to FIG. 17 for explaining a wafer process and the like related to Modification Example 1 (Stripe Hard Mask Thinning Method) related to the hard mask layout in the cell region in the method of manufacturing the power MOSFET according to the embodiment of the present application. It is a figure (2nd CMP process). Based on these, a wafer process and the like related to Modification Example 1 (Stripe Hard Mask Thinning Method) related to the hard mask layout in the cell region in the method of manufacturing the power MOSFET according to the embodiment of the present application will be described.
セクション2において、図6および図7に関して説明した処理の後、図29に示すように、ウエハ1の表面1a側のほぼ全面に、たとえば、塗布等により、トレンチエッチ用下層ハードマスク加工用レジスト膜31を成膜する。次に、例えば、通常のリソグラフィ等により、トレンチエッチ用下層ハードマスク加工用レジスト膜31をパターニングし、それをマスクとして、たとえば、フルオロカーボン系エッチングガス等を用いて、異方性ドライエッチングを施すことにより、トレンチエッチ用下層ハードマスク11fをパターニングする。その後、不要になったトレンチエッチ用下層ハードマスク加工用レジスト膜31を、たとえば、アッシング等により、除去する。
In the
次に、図30に示すように、ウエハ1の表面1a側のほぼ全面に、たとえば、CVD等により、トレンチエッチ用上層ハードマスク11sとして、たとえば、酸化シリコン膜を成膜する。このように、この例に於いては、トレンチエッチ用下層ハードマスク11fとトレンチエッチ用上層ハードマスク11sとで、トレンチエッチ用ハードマスク11(ハードマスク膜)を構成している。次に、ウエハ1の表面1a側のほぼ全面に、たとえば、塗布等により、トレンチエッチ用上層ハードマスク加工用レジスト膜33を成膜する。次に、例えば、通常のリソグラフィ等により、トレンチエッチ用上層ハードマスク加工用レジスト膜33をパターニングする。
Next, as shown in FIG. 30, for example, a silicon oxide film is formed as an upper
次に、図31に示すように、パターニングされたトレンチエッチ用上層ハードマスク加工用レジスト膜33をマスクとして、たとえば、フルオロカーボン系エッチングガス等を用いて、異方性ドライエッチングを施すことにより、トレンチエッチ用上層ハードマスク11sをパターニングする。その後、不要になったトレンチエッチ用上層ハードマスク加工用レジスト膜33を、たとえば、アッシング等により、除去する。次に、パターニングされたトレンチエッチ用ハードマスク11を耐エッチングマスクとして、たとえば、ハロゲン系エッチングガス等を用いて、異方性ドライエッチングを施すことにより、ウエハ1の表面1aに、P型カラム領域埋め込み用トレンチ12を形成する。
Next, as shown in FIG. 31, by performing anisotropic dry etching using a patterned trench etching upper hard mask processing resist
次に、図32および図33に示すように、トレンチエッチ用上層ハードマスク11sを、たとえば、弗酸系エッチング液等によるウエットエッチングにより、除去する。これにより、セル領域4にも、ハードマスク除去領域40とチップ領域2内のハードマスク残留領域38a(第1のハードマスク残留領域)が形成される。ここで、ストライプ間引き間隔Lsとしては、たとえば、15マイクロメートル程度(範囲としては、10から100マイクロメートル程度)を好適なものとして例示することができる。ここでは、トレンチ12の間の領域について、一つ置きに、ハードマスク残留領域38aを配置する例を示したが、複数個おきに、ハードマスク残留領域38aを配置するようにしてもよい。
Next, as shown in FIGS. 32 and 33, the upper
このように、ストライブ状の第1のハードマスク膜残留領域の間隔は、10マイクロメートルから100マイクロメートル程度であり、セル領域等(スーパジャンクション形成領域)の寸法よりも十分に短いので、セル領域等(スーパジャンクション形成領域)内における平坦性の確保に有効である。 As described above, the interval between the first hard mask film residual regions in the stripe shape is about 10 micrometers to 100 micrometers, which is sufficiently shorter than the dimensions of the cell area or the like (super junction formation area). This is effective for ensuring flatness in a region or the like (super junction formation region).
ここに示したように、ウエハ全体を見ると、格子状(セル領域等はストライプ状)に、CMPストップ膜が残存することとなるので、セル領域等も含めて、オーバグロス量のばらつきを後のCMP処理によって、吸収することが可能となる。また、ハードマスク膜が二重構造であり、異なる性質の膜(主に窒化シリコン系絶縁膜と酸化シリコン系絶縁膜)で形成されているので、途中のエッチング処理が簡単になるメリットを有する。更に、残存するハードマスク膜がアライメントマーク領域のほぼ全域を被覆しているので、埋め込みエピタキシャル成長等の過程に於いても、アライメントマークの完全性を保持することができる。 As shown here, when the entire wafer is viewed, the CMP stop film remains in a lattice shape (cell regions and the like are stripes). Absorption can be achieved by CMP treatment. Further, since the hard mask film has a double structure and is formed of films having different properties (mainly a silicon nitride insulating film and a silicon oxide insulating film), there is an advantage that the etching process in the middle is simplified. Furthermore, since the remaining hard mask film covers almost the entire alignment mark region, the integrity of the alignment mark can be maintained even in a process such as buried epitaxial growth.
次に、図34に示すように、ウエハ1の表面1a側のほぼ全面に対して、埋め込みエピタキシャル成長を実行することにより、埋め込みエピタキシ層14を形成する。このとき、オーバグロス量は、たとえば、5マイクロメートル程度を好適なものとして例示することができる。
Next, as shown in FIG. 34, the buried
次に、図35に示すように、トレンチエッチ用ハードマスク11(11f)をCMPストップ膜として、ウエハ1の表面1a側に対して、第1のCMP(Chemical Mechanical Polishing)処理を実行する。この際の研磨量は、たとえば、4.5マイクロメートル程度である。
Next, as shown in FIG. 35, a first CMP (Chemical Mechanical Polishing) process is performed on the
次に、図36に示すように、例えば、熱燐酸等の窒化シリコン膜エッチング液等を用いたウエットエッチング(もちろん、ドライエッチングでも良い)により、トレンチエッチ用ハードマスク11(11f)を除去する。この時点で、ウエハの上面1aの段差は、たとえば、0.5マイクロメートル程度または、それよりも小さな値となる。これは、セル領域等にもCMPストップ膜があり、当該部分に於いて、マクロ的に一様に存在する(ほぼ周期的に分布されていることに対応する)からである。
Next, as shown in FIG. 36, the trench etching hard mask 11 (11f) is removed by, for example, wet etching (or, of course, dry etching) using a silicon nitride film etchant such as hot phosphoric acid. At this point, the step on the
次に、図37に示すように、第2のCMP処理を実行することにより、埋め込みエピタキシ層14および基板上エピタキシ層1eの両方を研磨し、表面を平坦化する。これによって、P型カラム領域6とN型カラム領域7が形成される。この際の研磨量は、たとえば、1.5マイクロメートル程度または、それよりも少ない量で十分である可能性が高い。このように、第2のCMP処理の研磨量は、第1のCMPの研磨量よりも少ない。これは、第2のCMP処理においては、第1のCMP後の残存段差の3倍程度の研磨量で、平坦化が達成されるからである。
Next, as shown in FIG. 37, by performing a second CMP process, both the buried
これ以降は、セル領域4(図37のアクティブセル切り出し領域R2)のみを例にとり、プロセスを説明する。 Hereinafter, the process will be described using only the cell region 4 (active cell cutout region R2 in FIG. 37) as an example.
以後は、セクション2に於いて、図18から図24に関して説明したところと全く同じである。
The subsequent processing is the same as that described with reference to FIGS. 18 to 24 in
5.本願の前記一実施の形態のパワーMOSFETの製造方法におけるセル領域内ハードマスクレイアウトに関する変形例2(アイランドハードマスク敷き詰め方式)および変形例3(アイランドハードマスク間引き方式)の説明(主に図38および図39)
セクション4で説明したストライプハードマスク間引き方式(例えば、図32)、および、以下で説明する各変形例は、セクション1および2で説明した基本例、並びに、セクション3、6,7等で説明する各変形例にも適用できることは言うまでもない。
5. Description of Modification Example 2 (Island Hard Mask Spreading Method) and Modification Example 3 (Island Hard Mask Thinning Method) related to the hard mask layout in the cell region in the method of manufacturing the power MOSFET according to the embodiment of the present application (mainly FIG. 38 and FIG. (Fig. 39)
The striped hard mask thinning method described in section 4 (for example, FIG. 32) and the modifications described below will be described in the basic examples described in
なお、この例は、基本的部分は、これまでに説明したところ(たとえば、セクション4で説明した部分)とほとんどの部分が同じであるので、以下では、原則として異なる部分のみを説明する。 In this example, since most of the basic parts are the same as those described so far (for example, the part described in section 4), only different parts will be described below in principle.
図38は本願の前記一実施の形態のパワーMOSFETの製造方法におけるセル領域内ハードマスクレイアウトに関する変形例2(アイランドハードマスク敷き詰め方式)を説明するための図12に対応するトレンチエッチ工程におけるセル領域の平面図(図2のアクティブセル切り出し領域R2に対応)である。図39は本願の前記一実施の形態のパワーMOSFETの製造方法におけるセル領域内ハードマスクレイアウトに関する変形例3(アイランドハードマスク間引き方式)を説明するための図12に対応するトレンチエッチ工程におけるセル領域の平面図(図2のアクティブセル切り出し領域R2に対応)である。これらに基づいて、本願の前記一実施の形態のパワーMOSFETの製造方法におけるセル領域内ハードマスクレイアウトに関する変形例2(アイランドハードマスク敷き詰め方式)および変形例3(アイランドハードマスク間引き方式)を説明する。 FIG. 38 is a cell region in a trench etch process corresponding to FIG. 12 for explaining a modification 2 (island hard mask laying method) in the cell region hard mask layout in the method of manufacturing the power MOSFET according to the embodiment of the present application. FIG. 6 is a plan view (corresponding to the active cell cutout region R2 in FIG. 2). FIG. 39 is a cell region in a trench etch process corresponding to FIG. 12 for explaining a third modification (island hard mask thinning method) related to the hard mask layout in the cell region in the method for manufacturing the power MOSFET of the one embodiment of the present application. FIG. 6 is a plan view (corresponding to the active cell cutout region R2 in FIG. 2). Based on these, the second modification (island hard mask laying method) and the third modification (island hard mask thinning method) relating to the hard mask layout in the cell region in the method of manufacturing the power MOSFET according to the one embodiment of the present application will be described. .
(1)アイランドハードマスク敷き詰め方式の説明(主に図38):
図32の例では、ストライプ状の領域に関して、1本ごとに、チップ領域のハードマスク残留領域38a(第1のハードマスク残留領域)を設ける部分を間引いている。これに対して、この例に於いては、図38に示すように、各ストライプ状の領域に関して、その内部で、縦方向に、例えば、一定の区間ごとに、チップ領域のハードマスク残留領域38a(第1のハードマスク残留領域)を設ける部分を間引いている。ここで、アイランド間引き間隔Lbは、たとえば、15マイクロメートル程度(範囲としては、10から100マイクロメートル程度)を好適なものとして例示することができる。このように、アイランド状の第1のハードマスク膜残留領域の間隔は、10マイクロメートルから100マイクロメートル程度であり、セル領域等(スーパジャンクション形成領域)の寸法よりも十分に短いので、セル領域等(スーパジャンクション形成領域)内における平坦性の確保に有効である。
(1) Description of the island hard mask spread method (mainly FIG. 38):
In the example of FIG. 32, with respect to the stripe-shaped region, the portion where the hard mask
また、アイランド長さLiは、たとえば、200マイクロメートル程度(範囲としては、100から500マイクロメートル程度)を好適なものとして例示することができる。 Further, the island length Li can be exemplified as a preferable value of, for example, about 200 micrometers (the range is about 100 to 500 micrometers).
(2)アイランドハードマスク間引き方式の説明(主に図39):
この例は、図39に示すように、図32の例と図38の例を合わせたものである。すなわち、1本ごとに、チップ領域のハードマスク残留領域38a(第1のハードマスク残留領域)を設ける部分を間引くと同時に、各ストライプ状の領域に関して、その内部で、縦方向に、例えば、一定の区間ごとに、チップ領域のハードマスク残留領域38a(第1のハードマスク残留領域)を設ける部分を間引いている。
(2) Description of the island hard mask thinning method (mainly FIG. 39):
In this example, as shown in FIG. 39, the example of FIG. 32 and the example of FIG. 38 are combined. That is, for each chip, a portion of the chip area where the hard mask
ここで、ストライプ間引き間隔Lsとしては、たとえば、15マイクロメートル程度(範囲としては、10から100マイクロメートル程度)を好適なものとして例示することができる。このように、ストライブ状の第1のハードマスク膜残留領域の間隔は、10マイクロメートルから100マイクロメートル程度であり、セル領域等(スーパジャンクション形成領域)の寸法よりも十分に短いので、セル領域等(スーパジャンクション形成領域)内における平坦性の確保に有効である。ここでは、トレンチ12の間の領域について、一つ置きに、ハードマスク残留領域38aを配置する例を示したが、複数個おきに、ハードマスク残留領域38aを配置するようにしてもよい。
Here, as the stripe thinning-out interval Ls, for example, about 15 micrometers (the range is about 10 to 100 micrometers) can be exemplified as a preferable one. As described above, the interval between the first hard mask film residual regions in the stripe shape is about 10 micrometers to 100 micrometers, which is sufficiently shorter than the dimensions of the cell area or the like (super junction formation area). This is effective for ensuring flatness in a region or the like (super junction formation region). Here, an example in which the hard mask
更に、アイランド間引き間隔Lbは、たとえば、15マイクロメートル程度(範囲としては、10から100マイクロメートル程度)を好適なものとして例示することができる。このように、アイランド状の第1のハードマスク膜残留領域の間隔は、10マイクロメートルから100マイクロメートル程度であり、セル領域等(スーパジャンクション形成領域)の寸法よりも十分に短いので、セル領域等(スーパジャンクション形成領域)内における平坦性の確保に有効である。 Furthermore, the island thinning-out interval Lb can be exemplified by a preferable value of, for example, about 15 micrometers (the range is about 10 to 100 micrometers). As described above, the distance between the island-shaped first hard mask film remaining regions is about 10 to 100 μm, which is sufficiently shorter than the size of the cell region or the like (super junction formation region). Etc. (superjunction forming region) is effective in ensuring flatness.
また、アイランド長さLiは、たとえば、200マイクロメートル程度(範囲としては、100から500マイクロメートル程度)を好適なものとして例示することができる。 Further, the island length Li can be exemplified as a preferable value of, for example, about 200 micrometers (the range is about 100 to 500 micrometers).
6.本願の前記一実施の形態のパワーMOSFETの製造方法におけるデバイス構造に関する変形例(LDMOSFET)の説明(主に図40)
ここまでは、主に、縦型パワーMOSFETに対する適用を説明したが、このセクションでは、横型パワーMOSFETに対する適用例を説明する。
6). Description of Modified Example (LDMOSFET) Regarding Device Structure in Power MOSFET Manufacturing Method of One Embodiment of the Present Application (Mainly FIG. 40)
Up to this point, the application to the vertical power MOSFET has been mainly described, but in this section, an application example to the horizontal power MOSFET will be described.
図40は本願の前記一実施の形態のパワーMOSFETの製造方法におけるデバイス構造に関する変形例(LDMOSFET)を説明するためのデバイス要部斜視図である。これに基づいて、本願の前記一実施の形態のパワーMOSFETの製造方法におけるデバイス構造に関する変形例(LDMOSFET)を説明する。LDMOSFETは、通常、P型基板上に形成されるので、CMOS集積回路と同一のチップに集積するのに適している。 FIG. 40 is a perspective view of the main part of the device for explaining a modification (LDMOSFET) relating to the device structure in the method of manufacturing a power MOSFET according to the embodiment of the present application. Based on this, a modified example (LDMOSFET) related to the device structure in the method of manufacturing a power MOSFET according to the embodiment of the present application will be described. Since an LDMOSFET is usually formed on a P-type substrate, it is suitable for integration on the same chip as a CMOS integrated circuit.
先ず、デバイス構造の概要を説明する。図40に示すように、LDMOSFETを形成したチップ2(分割前は、ウエハ1のチップ領域)は、たとえば、P型シリコン単結晶基板部1p(基板層)上に形成されている。P型シリコン単結晶基板部1pの表面1a側には、N型シリコンエピタキシ層1e(基板上エピタキシ層)が形成されており、その表面上には、ゲート絶縁膜19を介して、たとえば、ポリシリコン膜21(ゲート電極)が設けられている。ゲート電極21下および、その一方の側のN型シリコンエピタキシ層1eには、P型ボディ領域16(P型チャネル領域)が設けられており、その表面領域には、ゲート電極21に沿うように、N+型ソース領域23が設けられている。このP型ボディ領域16とN+型ソース領域23が、たとえば、いわゆる二重拡散構造を構成している。更に、N+型ソース領域23に沿って、これに接するように、P型ボディ領域16の表面には、P+型ボディコンタクト領域27が設けられている。
First, an outline of the device structure will be described. As shown in FIG. 40, the
一方、ゲート電極21の他方の側のN型シリコンエピタキシ層1eの下部には、柱状のN型バッファ領域41a,41b,41c,41d,41eが設けられており、N型バッファ領域41e上のN型シリコンエピタキシ層1eの表面には、N+型ドレイン領域35が設けられている。N+型ドレイン領域35とP型ボディ領域16の間のN型シリコンエピタキシ層1eの表面には、柱状のP型カラム領域6およびN型カラム領域7から構成されたスーパジャンクション構造が設けられており、この領域が、スーパジャンクション形成領域36となっている。
On the other hand, columnar N-
このデバイスの製造プロセスの一例を簡単に説明すると以下の通りである。すなわち、先ず、P型単結晶シリコンウエハ1pを準備する。次に、P型単結晶シリコンウエハ1pの表面側のほぼ全体に、N型基板上エピタキシ層1eを途中まで形成し、選択的なイオン注入等により、各N型バッファ領域41a,41b,41c,41d,41eの不純物濃度を調整する。その後、N型基板上エピタキシ層1eを上部まで形成する。次に、たとえば、図11等に示したように、P型カラム領域埋め込み用トレンチ12を形成し、そこに、たとえば、図14から図17と同様に、P型カラム領域6を埋め込む。次に、図20とほぼ同様に、ゲート電極21を加工して、これをマスクとして、二重拡散方式により、P型ボディ領域16およびN+型ソース領域23を導入する。なお、たとえば、N+型ドレイン領域35は、たとえば、N+型ソース領域23と同時に導入する。また、P+型ボディコンタクト領域27は、これらの導入と相前後して導入する。
An example of the device manufacturing process will be briefly described as follows. That is, first, a P-type single
なお、ここでは、P型カラム領域6の埋め込みに関しては、セクション1および2で説明した方法を中心に具体的に説明したが、その他の部分で説明した方法を用いてもよいことは言うまでもない。
Here, the embedding of the P-
7.前記実施の形態(変形例を含む)に関する補足的説明並びに全般についての考察(主に図41および図42)
図41は本願の前記一実施の形態のパワーMOSFETの製造方法のアウトラインを説明するためのプロセスブロックフロー図である。図42はウエハ全面スーパジャンクション形成方式に関する補足的説明をするための図4のチップ周辺全体切り出し領域R3に対応するウエハの上面図である。これらに基づいて、前記実施の形態(変形例を含む)に関する補足的説明並びに全般についての考察を行う。
7). Supplementary explanation about the above-described embodiment (including modifications) and general consideration (mainly FIGS. 41 and 42)
FIG. 41 is a process block flow diagram for explaining the outline of the method of manufacturing the power MOSFET according to the embodiment of the present application. FIG. 42 is a top view of the wafer corresponding to the entire chip peripheral cutout region R3 of FIG. 4 for supplementary explanation regarding the wafer whole surface super junction forming method. Based on these, a supplementary explanation regarding the above-described embodiment (including modifications) and a general consideration will be given.
(1)埋め込みエピタキシャル成長法によるスーパジャンクション構造形成技術における技術課題:
埋め込みエピタキシャル成長法によるスーパジャンクション構造形成法は、通常、全面マスク残存方式と全面マスク除去方式に大別される。埋め込みエピタキシャル成長の膜厚ばらつきを研磨で吸収するためには、CMPストップ膜が有用である。一方、CMPストップ膜は、埋め込みエピタキシャル成長時においては、結晶欠陥の原因となる。
(1) Technical issues in superjunction structure formation technology by buried epitaxial growth:
The superjunction structure forming method by the buried epitaxial growth method is generally roughly divided into a full mask remaining method and a full mask removal method. A CMP stop film is useful in order to absorb the film thickness variation of the buried epitaxial growth by polishing. On the other hand, the CMP stop film causes crystal defects during buried epitaxial growth.
全面マスク残存方式に関して、本願発明者らが検討したところによると、埋め込みエピタキシ層のオーバグロス(Overgrowth)量が大きくなると、ハードマスク膜(CMPストップ膜)とシリコンとの熱膨張係数の差異により、表面近傍に結晶欠陥が生じる。また、この欠陥の深さは、オーバグロス量に比例して深くなることが明らかとなった。また、この結晶欠陥は、デバイス特性に関して、ソースドレイン間の耐圧の劣化を招くため、除去するためのシリコン表面(埋め込みエピタキシ層のみでなく)の研磨が必要であるため、本来の目的である平坦化に必要な程度を超えた厚さの研磨が必要となる。 According to a study by the present inventors regarding the entire surface mask remaining method, when the overgrowth amount of the buried epitaxy layer increases, the surface expansion due to the difference in thermal expansion coefficient between the hard mask film (CMP stop film) and silicon occurs. Crystal defects occur in the vicinity. It has also been clarified that the depth of this defect increases in proportion to the amount of overgloss. In addition, since the crystal defects cause deterioration of the breakdown voltage between the source and the drain with respect to device characteristics, it is necessary to polish the silicon surface (not only the buried epitaxy layer) to be removed. Polishing with a thickness exceeding the level necessary for conversion is required.
一方、全面マスク除去方式に関して、本願発明者らが検討したところによると、埋め込みエピタキシャル成長の際に、ハードマスク膜(CMPストップ膜)がないため、結晶欠陥は発生しないものの、埋め込みエピタキシャル成長の膜厚ばらつきを研磨で吸収することは、困難となる。 On the other hand, according to a study by the inventors of the present invention regarding the entire surface mask removal method, since there is no hard mask film (CMP stop film) during buried epitaxial growth, crystal defects do not occur, but film thickness variation in buried epitaxial growth occurs. It is difficult to absorb this by polishing.
(2)本願の前記一実施の形態のパワーMOSFETの製造方法のアウトライン等の説明(主に図41):
そこで、本願の前記一実施の形態のパワーMOSFETの製造方法のアウトラインは、以下のごとくである。すなわち、スクライブ領域等にトレンチ形成用ハードマスク膜を残すことで、セル領域等における結晶欠陥の発生を回避しつつ、残留するハードマスク膜をCMPストップ膜とする第1のCMP処理により、埋め込みエピタキシャル成長の膜厚ばらつきを吸収し、残留するハードマスク膜を除去した後の第2のCMP処理により、最終的平坦化と欠陥の除去を可能とするものである。
(2) Description of outline of manufacturing method of power MOSFET of one embodiment of the present application (mainly FIG. 41):
Therefore, the outline of the method of manufacturing the power MOSFET according to the embodiment of the present application is as follows. That is, by leaving the trench forming hard mask film in the scribe region or the like, while avoiding the generation of crystal defects in the cell region or the like, the buried epitaxial growth is performed by the first CMP process using the remaining hard mask film as the CMP stop film. In the second CMP process after the remaining hard mask film is removed, final planarization and defect removal can be performed.
このプロセスを具体的に説明すると、図41に示すように、まず、同一導電型の基板エピタキシ層を有するウエハ1(例えば、図6参照)を準備する(同一導電型エピタキシ基板準備工程101)。次に、ウエハ1(例えば、図6参照)の第1の主面1a上に、トレンチエッチ用ハードマスク11(例えば、図9参照)を成膜する(ハードマスク膜成膜工程102)。次に、ハードマスク11(例えば、図10参照)をパターニングする(ハードマスク膜加工工程103)。次に、パターニングされたハードマスク11を用いて、トレンチ12(例えば、図11参照)を形成する(トレンチ形成工程104)。次に、スクライブ領域32(例えば、図13参照)のハードマスク残留領域38(例えば、図4参照)にハードマスク11を残すように、ハードマスク11を部分的に除去する(ハードマスク膜部分除去工程105)。次に、埋め込みエピタキシャル成長を実行することで、トレンチ12内等に埋め込みエピタキシ層14(例えば、図14参照)を形成する(埋め込みエピタキシャル成長工程106)。次に、残存するハードマスク11をCMPストップ膜(例えば、図15参照)として、ウエハ1の第1の主面1a側に対して、第1のCMP処理を実行する(第1のCMP工程107)。次に、残存するハードマスク11(例えば、図16参照)を除去する(CMPストップ膜除去工程108)。次に、ウエハ1の第1の主面1a側に対して、第2のCMP処理(例えば、図17参照)を実行する(第2のCMP工程109)。なお、図41に於いて、破線で結んだブロック間に於いては、論理的にまたは技術的に規定される場合を除き、相互の前後関係は任意であることを示す。
Specifically, as shown in FIG. 41, a
(3)本願の前記一実施の形態のパワーMOSFETの製造方法の他のアウトライン等の説明(主に図4を参照):
セクション1およびセクション2で説明した例は、以下のようにも説明することができる。すなわち、図4に示すように、スーパジャンクション形成領域36をチップ領域2の一部とし、チップ領域2の一部とスクライブ領域32のほぼ全域を含むスーパジャンクション非形成領域37のほぼ全域をハードマスク残留領域38とするものである。
(3) Description of other outlines and the like of the method of manufacturing the power MOSFET according to the embodiment of the present application (mainly refer to FIG. 4):
The examples described in
(4)セクション4および5の各例のアウトライン等の説明(主に図32、図38および図39を参照):
サブセクション(3)と同様に、セクション4および5の各例の包括的なアウトライン等を説明する。すなわち、スーパジャンクション形成領域36の内部に於いて、ハードマスクを形成した領域を、ほぼ一定の周期構造に従って、ハードマスク残留領域38とハードマスク除去領域40に振り分けるものである。
(4) Description of outline of each example of
Similar to subsection (3), a comprehensive outline of each example of
(5)ウエハ全面スーパジャンクション形成方式に関する補足的説明(主に図42):
セクション3のサブセクション(4)で図28(チップ領域全面および外部周辺限定スーパジャンクション形成方式)に関して説明したように、スーパジャンクション形成領域36は、チップ領域2の外部まで広げることができるが、これを極限まで拡張すると、ウエハのほぼ全体をスーパジャンクション形成領域36とすることも可能である。この例(ウエハ全面スーパジャンクション形成方式)に対応するのが図42である。この場合は、実質的に、スーパジャンクション非形成領域37が存在しないので、セクション4および5で説明した例および、それらの変形例が適用できる。このようなレイアウトは、埋め込み特性等をウエハ全体で均一に、そのことによって、チップの端部でも均一性を確保したいときに有効である。
(5) Supplementary explanation on the method of forming the entire wafer super junction (mainly FIG. 42):
As described in the subsection (4) of section 3 with respect to FIG. 28 (superjunction formation method for the entire chip area and external peripheral limited superjunction), the
8.サマリ
以上本発明者によってなされた発明を実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。
8). Summary The invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiments. However, the present invention is not limited thereto, and it goes without saying that various changes can be made without departing from the scope of the invention.
例えば、前記実施の形態では、プレーナ型ゲート構造のMOS構造を例にとり具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、トレンチ型ゲート構造にも全く同様に適用できることは言うまでもない。また、MOSFETのゲートのレイアウトは、pnカラムに平行にストライプ状に配置した例を示したが、pnカラムに直交する方向に配置したり、格子状に配置したり種種応用可能である。 For example, in the above-described embodiment, the planar type MOS structure has been specifically described as an example. However, the present invention is not limited thereto, and it goes without saying that the present invention can be applied to a trench type gate structure. . In addition, the layout of the gate of the MOSFET is shown as an example in which the gates are arranged in stripes parallel to the pn column. However, the gates can be arranged in a direction orthogonal to the pn column, arranged in a lattice, or various applications.
なお、前記実施の形態では、N+シリコン単結晶基板上のNエピタキシャル層上面に主にNチャネルデバイスを形成するものを具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、P+シリコン単結晶基板上のPエピタキシャル層上面にPチャネルデバイスを形成するものでもよい。 In the above embodiment, the N channel device is mainly formed on the upper surface of the N epitaxial layer on the N + silicon single crystal substrate. However, the present invention is not limited to this, and P + silicon is used. A P channel device may be formed on the upper surface of the P epitaxial layer on the single crystal substrate.
また、前記実施の形態では、パワーMOSFETを例にとり具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、スーパジャンクション構造を有するパワーデバイス、すなわち、ダイオード等にも適用できることは言うまでもない。なお、これらのパワーMOSFET、ダイオード等を内蔵する半導体集積回路装置等にも適用できることは言うまでもない。 In the above-described embodiment, the power MOSFET has been specifically described as an example. However, the present invention is not limited thereto, and it goes without saying that the present invention can also be applied to a power device having a super junction structure, that is, a diode or the like. . Needless to say, the present invention can also be applied to a semiconductor integrated circuit device incorporating these power MOSFETs and diodes.
1 ウエハ(半導体基板)
1a ウエハの表側主面(デバイス主面、すなわち第1の主面)
1b ウエハの裏側主面
1e N型シリコンエピタキシ層(基板上エピタキシ層)
1p P型シリコン単結晶基板部(基板層)
1s N+型シリコン単結晶基板部(基板層)
2,2a,2b,2c,2d,2e,2f,2g,2h,2i チップ領域
4 セル領域
5 アライメントマーク領域
6 P型カラム領域
7 N型カラム領域
8 アライメントマーク
8x X方向アライメントマーク
8y Y方向アライメントマーク
9 ノッチ
10 ガードリング
11 トレンチエッチ用ハードマスク
11f トレンチエッチ用下層ハードマスク
11s トレンチエッチ用上層ハードマスク
12 P型カラム領域埋め込み用トレンチ
14 埋め込みエピタキシ層
15 アライメントマーク形成用レジスト膜
16 P型ボディ領域(P型チャネル領域)
17 P型ボディ領域導入用レジスト膜
18 P型ボディ領域導入用酸化シリコン膜
19 ゲート絶縁膜
20 チップ周辺領域
21 ポリシリコン膜(ゲート電極)
22 ゲート電極加工用レジスト膜
23 N+型ソース領域
24 層間絶縁膜
25 コンタクト溝形成用レジスト膜
26 コンタクト溝(コンタクトホール)
27 P+型ボディコンタクト領域
28 タングステンプラグ
29 メタルソース電極
30 裏面メタル電極
31 トレンチエッチ用下層ハードマスク加工用レジスト膜
32 スクライブ領域
32x X方向スクライブ領域
32y Y方向スクライブ領域
33 トレンチエッチ用上層ハードマスク加工用レジスト膜
34 ファイナルパッシベーション膜
35 N+型ドレイン領域
36 スーパジャンクション形成領域
37 スーパジャンクション非形成領域
38 ハードマスク残留領域
38a チップ領域のハードマスク残留領域(第1のハードマスク残留領域)
38b スクライブ領域のハードマスク残留領域(第2のハードマスク残留領域)
39 セル領域外部周辺スーパジャンクション形成領域
40 ハードマスク除去領域
41a,41b,41c,41d,41e N型バッファ領域
42 緩衝領域
43 ソースパッド開口
101 同一導電型エピタキシ基板準備工程
102 ハードマスク膜成膜工程
103 ハードマスク膜加工工程
104 トレンチ形成工程
105 ハードマスク膜部分除去工程
106 埋め込みエピタキシャル成長工程
107 第1のCMP工程
108 CMPストップ膜除去工程
109 第2のCMP工程
Lb アイランド間引き間隔
Li アイランド長さ
Ls ストライプ間引き間隔
R1 チップコーナ周辺切り出し領域
R2 アクティブセル切り出し領域
R3 チップ周辺全体切り出し領域
R4 アライメントマーク領域周辺切り出し領域
R5 アライメントマーク領域コーナ部切り出し領域
1 Wafer (semiconductor substrate)
1a Front side main surface of wafer (device main surface, that is, first main surface)
1b Wafer backside
1p P-type silicon single crystal substrate (substrate layer)
1s N + type silicon single crystal substrate (substrate layer)
2, 2a, 2b, 2c, 2d, 2e, 2f, 2g, 2h,
17 P-type body region introducing resist film 18 P-type body region introducing
22 Gate electrode processing resist film 23 N +
27 P + type
38b Hard mask residual region in scribe region (second hard mask residual region)
39 Cell region external peripheral super
Claims (20)
(a)第1の主面側に第1導電型の基板上エピタキシ層を有し、第2の主面側に前記第1導電型の基板層を有する半導体ウエハを準備する工程;
(b)前記半導体ウエハの前記第1の主面上に、ハードマスク膜を成膜する工程;
(c)前記ハードマスク膜をパターニングする工程;
(d)パターニングされた前記ハードマスク膜をマスクとして、前記半導体ウエハの前記第1の主面に、多数のトレンチを形成する工程;
(e)前記工程(d)の後、前記第1の主面上に、格子状に配置された多数のチップ領域の各々に隣接するスクライブ領域のハードマスク膜残留領域に、前記ハードマスク膜をCMPストップ膜として残すように、前記ハードマスク膜を除去する工程;
(f)前記CMPストップ膜が前記スクライブ領域にある状態で、前記半導体ウエハの前記第1の主面に対して、埋め込みエピタキシャル成長により、前記第1導電型と反対導電型の第2導電型を有する埋め込みエピタキシ層を堆積する工程;
(g)前記工程(f)の後、前記CMPストップ膜をCMPのストッパとして、前記半導体ウエハの前記第1の主面に対して、第1のCMP処理を実行する工程;
(h)前記工程(g)の後、前記CMPストップ膜を除去する工程;
(i)前記工程(h)の後、前記半導体ウエハの前記第1の主面に対して、第2のCMP処理を実行する工程。 A power MOSFET manufacturing method including the following steps:
(A) preparing a semiconductor wafer having an on-substrate epitaxial layer on the first main surface side and having the first conductivity type substrate layer on the second main surface side;
(B) forming a hard mask film on the first main surface of the semiconductor wafer;
(C) patterning the hard mask film;
(D) forming a plurality of trenches in the first main surface of the semiconductor wafer using the patterned hard mask film as a mask;
(E) After the step (d), the hard mask film is formed on the hard mask film remaining area of the scribe area adjacent to each of a large number of chip areas arranged in a lattice pattern on the first main surface. Removing the hard mask film so as to remain as a CMP stop film;
(F) With the CMP stop film in the scribe region, the first main surface of the semiconductor wafer has a second conductivity type opposite to the first conductivity type by buried epitaxial growth. Depositing a buried epitaxy layer;
(G) After the step (f), performing a first CMP process on the first main surface of the semiconductor wafer using the CMP stop film as a CMP stopper;
(H) a step of removing the CMP stop film after the step (g);
(I) A step of performing a second CMP process on the first main surface of the semiconductor wafer after the step (h).
(b1)前記半導体ウエハの前記第1の主面上に、第1の絶縁膜を成膜する工程;
(b2)前記第1の絶縁膜を前記ハードマスク膜残留領域に残留絶縁膜として残すように、前記第1の絶縁膜を除去する工程;
(b3)前記下位工程(b2)の後、前記半導体ウエハの前記第1の主面上に、前記残留絶縁膜とともに前記ハードマスク膜を構成する第2の絶縁膜を成膜する工程。 2. The method of manufacturing a power MOSFET according to claim 1, wherein the step (b) includes the following sub-steps:
(B1) forming a first insulating film on the first main surface of the semiconductor wafer;
(B2) removing the first insulating film so as to leave the first insulating film as a residual insulating film in the hard mask film residual region;
(B3) After the substep (b2), forming a second insulating film that forms the hard mask film together with the residual insulating film on the first main surface of the semiconductor wafer.
(a)第1の主面側に第1導電型の基板上エピタキシ層を有し、第2の主面側に前記第1導電型の基板層を有する半導体ウエハを準備する工程;
(b)前記半導体ウエハの前記第1の主面上に、ハードマスク膜を成膜する工程;
(c)前記ハードマスク膜をパターニングする工程;
(d)パターニングされた前記ハードマスク膜をマスクとして、前記半導体ウエハの前記第1の主面に、多数のトレンチを形成する工程;
(e)前記工程(d)の後、前記第1の主面上に、格子状に配置された多数のチップ領域の各々の内部の第1のハードマスク膜残留領域および、これらのチップ領域の各々に隣接するスクライブ領域の第2のハードマスク膜残留領域に、前記ハードマスク膜をCMPストップ膜として残すように、前記ハードマスク膜を除去する工程;
(f)前記CMPストップ膜が各チップ領域および前記スクライブ領域にある状態で、前記半導体ウエハの前記第1の主面に対して、埋め込みエピタキシャル成長により、前記第1導電型と反対導電型の第2導電型を有する埋め込みエピタキシ層を堆積する工程;
(g)前記工程(f)の後、前記CMPストップ膜をCMPのストッパとして、前記半導体ウエハの前記第1の主面に対して、第1のCMP処理を実行する工程;
(h)前記工程(g)の後、前記CMPストップ膜を除去する工程;
(i)前記工程(h)の後、前記半導体ウエハの前記第1の主面に対して、第2のCMP処理を実行する工程。 A power MOSFET manufacturing method including the following steps:
(A) preparing a semiconductor wafer having an on-substrate epitaxial layer on the first main surface side and having the first conductivity type substrate layer on the second main surface side;
(B) forming a hard mask film on the first main surface of the semiconductor wafer;
(C) patterning the hard mask film;
(D) forming a plurality of trenches in the first main surface of the semiconductor wafer using the patterned hard mask film as a mask;
(E) After the step (d), on the first main surface, a first hard mask film residual region inside each of a large number of chip regions arranged in a lattice pattern, and the chip regions Removing the hard mask film so as to leave the hard mask film as a CMP stop film in a second hard mask film remaining region of each scribe region adjacent to each other;
(F) In a state where the CMP stop film is in each chip region and the scribe region, a second conductivity type opposite to the first conductivity type is formed by buried epitaxial growth on the first main surface of the semiconductor wafer. Depositing a buried epitaxy layer having a conductivity type;
(G) After the step (f), performing a first CMP process on the first main surface of the semiconductor wafer using the CMP stop film as a CMP stopper;
(H) a step of removing the CMP stop film after the step (g);
(I) A step of performing a second CMP process on the first main surface of the semiconductor wafer after the step (h).
(b1)前記半導体ウエハの前記第1の主面上に、第1の絶縁膜を成膜する工程;
(b2)前記第1の絶縁膜を前記第1のハードマスク膜残留領域および前記第2のハードマスク膜残留領域に残留絶縁膜として残すように、前記第1の絶縁膜を除去する工程;
(b3)前記下位工程(b2)の後、前記半導体ウエハの前記第1の主面上に、前記残留絶縁膜とともに前記ハードマスク膜を構成する第2の絶縁膜を成膜する工程。 9. The method for manufacturing a power MOSFET according to claim 8, wherein the step (b) includes the following sub-steps:
(B1) forming a first insulating film on the first main surface of the semiconductor wafer;
(B2) removing the first insulating film so as to leave the first insulating film as a residual insulating film in the first hard mask film residual region and the second hard mask film residual region;
(B3) After the substep (b2), forming a second insulating film that forms the hard mask film together with the residual insulating film on the first main surface of the semiconductor wafer.
(a)第1の主面側に第1導電型の基板上エピタキシ層を有し、前記第1導電型と反対導電型の第2導電型の基板層を、第2の主面側に有する半導体ウエハを準備する工程;
(b)前記半導体ウエハの前記第1の主面上に、ハードマスク膜を成膜する工程;
(c)前記ハードマスク膜をパターニングする工程;
(d)パターニングされた前記ハードマスク膜をマスクとして、前記半導体ウエハの前記第1の主面に、複数のトレンチを形成する工程;
(e)前記工程(d)の後、前記第1の主面上に、格子状に配置された複数のチップ領域の各々に隣接するスクライブ領域のハードマスク膜残留領域に、前記ハードマスク膜をCMPストップ膜として残すように、前記ハードマスク膜を除去する工程;
(f)前記CMPストップ膜が前記スクライブ領域にある状態で、前記半導体ウエハの前記第1の主面に対して、埋め込みエピタキシャル成長により、前記第2導電型を有する埋め込みエピタキシ層を堆積する工程;
(g)前記工程(f)の後、前記CMPストップ膜をCMPのストッパとして、前記半導体ウエハの前記第1の主面に対して、第1のCMP処理を実行する工程;
(h)前記工程(g)の後、前記CMPストップ膜を除去する工程;
(i)前記工程(h)の後、前記半導体ウエハの前記第1の主面に対して、第2のCMP処理を実行する工程。 A power MOSFET manufacturing method including the following steps:
(A) having a first conductivity type on-substrate epitaxy layer on the first main surface side and having a second conductivity type substrate layer opposite to the first conductivity type on the second main surface side; Preparing a semiconductor wafer;
(B) forming a hard mask film on the first main surface of the semiconductor wafer;
(C) patterning the hard mask film;
(D) forming a plurality of trenches in the first main surface of the semiconductor wafer using the patterned hard mask film as a mask;
(E) After the step (d), the hard mask film is formed on the hard mask film remaining area of the scribe area adjacent to each of the plurality of chip areas arranged in a lattice pattern on the first main surface. Removing the hard mask film so as to remain as a CMP stop film;
(F) depositing a buried epitaxy layer having the second conductivity type by buried epitaxial growth on the first main surface of the semiconductor wafer in a state where the CMP stop film is in the scribe region;
(G) After the step (f), performing a first CMP process on the first main surface of the semiconductor wafer using the CMP stop film as a CMP stopper;
(H) a step of removing the CMP stop film after the step (g);
(I) A step of performing a second CMP process on the first main surface of the semiconductor wafer after the step (h).
(b1)前記半導体ウエハの前記第1の主面上に、第1の絶縁膜を成膜する工程;
(b2)前記第1の絶縁膜を前記ハードマスク膜残留領域に残留絶縁膜として残すように、前記第1の絶縁膜を除去する工程;
(b3)前記下位工程(b2)の後、前記半導体ウエハの前記第1の主面上に、前記残留絶縁膜とともに前記ハードマスク膜を構成する第2の絶縁膜を成膜する工程。 18. The method of manufacturing a power MOSFET according to claim 17, wherein the step (b) includes the following substeps:
(B1) forming a first insulating film on the first main surface of the semiconductor wafer;
(B2) removing the first insulating film so as to leave the first insulating film as a residual insulating film in the hard mask film residual region;
(B3) After the substep (b2), forming a second insulating film that forms the hard mask film together with the residual insulating film on the first main surface of the semiconductor wafer.
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